Academic literature on the topic 'Géophysique – Observations'

Le pont naturel d’Iminifri l’objet de cette étude est situé dans la commune de Tifni. Administrativement, il relève du cercle de Demnate, la Province d’Azilal-Maroc.L’étude géologique et géophysique des différentes formations pour la vérification de la stabilité du pont . la l’analyse des résultats et leur interprétation montre que l’ossature du pont naturel d’Iminifri est formée principalement de concrétions travertineuses calcaires. Ce sont des formations quaternaire sconstituées par desdépôts bio-carbonatés correspondant à d’anciennes émergences liasiques aujourd’hui disparues ou déplacées. La nature variée des formations travertineuses témoignent de leur formation dans des milieux différents : les ruptures de pente, les chenaux à écoulement pérenne, les berges concaves des méandres soumises à l’action prolongée des embruns dégagés par l’agitation de l’eau. Plusieurs types d’encroûtement travertineux ont été identifiés. Les plus abondants sont les encroûtements plans, les encroûtements de buissons, les encroûtements sur support végétal et les encroûtements sur galets. Toutes les constatations effectuées confirment que les matériaux de la dalle formant l’ossature du pont sont fragilisés et visiblement dégradés. La lente altération et le comportement différé des matériaux soumis à des contraintes agressives sont en général à l’origine de la dégradation des conditions de stabilité. Des facteurs exogènes jouent également un rôle prépondérant comme les infiltrations pluviales et les vibrations engendrées par le trafic routier. Ils peuvent brutalement accélérer un processus de dégradation qui semblait être de plus en plus accentué. Objectif de cette étude à la vérification de la stabilité du pont et à l’analyse des résultats et leur interprétation. La reconnaissance géologique a été complétés par des investigations géophysiques en utilisant des méthodes adaptées aux conditions pétrophysiques des formations géologiques D’après les études effectuées sur le pont, il est raisonnable de dire que la structure d’Iminifri évolue plus ou moins rapidement vers sa ruine. Ce qui nous pousse à trouver des solutions urgentes pour sauver ce patrimoine géologique du danger d’effondrement. The natural bridge of Iminifri, the subject of this study, is located in the commune of Tifni. Administratively, it falls under the Demnate circle, Azilal Province, Morocco. The geological and geophysical study of the various formations is aimed at verifying the stability of the bridge. The analysis of the results and their interpretation shows that the framework of the natural bridge of Iminifri is primarily composed of limestone travertine concretions. These are Quaternary formations consisting of biocarbonate deposits corresponding to ancient Liassic emergencies that have since disappeared or shifted. The diverse nature of the travertine formations reflects their formation in different environments: slope breaks, perennial flow channels, concave banks of meanders subjected to the prolonged action of spray generated by water agitation. Several types of travertine encrustations have been identified, including flat encrustations, bushy encrustations, encrustations on vegetation, and encrustations on pebbles. All observations confirm that the materials forming the bridge's framework are weakened and visibly degraded. Slow deterioration and delayed behavior of materials subjected to aggressive stresses are generally the cause of deteriorating stability conditions. Exogenous factors also play a significant role, such as rainwater infiltration and vibrations generated by road traffic. They can abruptly accelerate a degradation process that appeared to be increasingly pronounced. The objective of this study is to verify the stability of the bridge and analyze the results and their interpretation. Geological reconnaissance was complemented by geophysical investigations using methods adapted to the petrophysical conditions of the geological formations. Based on the studies conducted on the bridge, it is reasonable to conclude that the structure of Iminifri is evolving towards its ruin, more or less rapidly. This pushes us to urgently find solutions to save this geological heritage from the danger of collapse.

Sur le littoral du Nord - Pas-de-Calais (France), la Craie d'âge Crétacé supérieur constitue l'aquifère le plus exploité régionalement pour l'alimentation en eau tant potable qu'industrielle. Sur la frange la plus littorale, l'aquifère crayeux, semi-captif est affecté par de nombreuses failles. Dans certains secteurs, la profondeur de la craie et la localisation des failles, restent aléatoires suite au manque de forages et d'affleurements. Afin de palier à ces lacunes, trois méthodes géophysiques (sondages électriques et sismiques, profilage électromagnétique) ont été appliquées. La synthèse des données obtenues a permis de démontrer que la craie est découpée en une série de compartiments par des accidents tectoniques présentant un affaissement vers le Sud et vers l'Ouest. L'interprétation des données géophysiques a également permis d'obtenir des informations sur la répartition de l'interface eau douce - eau salée au sein de l'aquifère crayeux. Dans la région, le concept classique de biseau salé ne permet pas d'expliquer l'irrégularité spatiale des intrusions. L'étude semble démontrer que la répartition et l'extension des intrusions d'eau salée peuvent être corrélées avec la localisation des accidents tectoniques, les intrusions les plus éloignées du rivage se faisant au droit des zones faillées. Ceci amène à proposer une nouvelle approche concernant l'extension des intrusions d'eau salée : elles seraient directement tributaires de la géométrie et des caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère crayeux, ces dernières étant fortement influencées par la présence des failles.

Le développement des capteurs satellitaires d'observation des traceurs géophysiques à la surface de l'océan et les algorithmes de traitement associés ont connu un essor important au cours des vingt dernières années. Les différents capteurs satellitaires disponibles présentent des résolutions spatiales et temporelles différentes ainsi que différents niveaux de sensibilité à la couverture nuageuse. Dans le cas des images de température de surface de la mer, ceci se traduit notamment par de forts taux de données manquantes dans les observations de très haute-résolution (de l'ordre de 1kmx1km) contrairement aux observations de basse-résolution (de l'ordre de 25kmx25km). Il existe donc un enjeu fort pour exploiter conjointement les différentes sources d'information disponibles. Dans ce contexte, nous proposons un nouveau modèle stochastique de super-résolution basé sur une augmentation réaliste de l'information texturale des images. L'originalité de ce modèle réside dans la formulation d'a priori stochastiques sur la géométrie des images, qui sont caractéristiques des textures associées aux champs géophysiques à la surface de l'océan. Formellement, ce modèle consiste à modéliser les lignes de niveau de l'image comme des réalisations de marches aléatoires. Ce modèle stochastique s'étend naturellement à la simulation d'images haute-résolution à partir d'une observation basse-résolution. Cet article décrit la formulation mathématique du modèle proposé, ses caractéristiques théoriques ainsi que le schéma numérique mis en oeuvre pour la super-résolution d'images texturées. L'application à la simulation haute-résolution de champs de température de surface de la mer dans une région active de l'océan (courant des Aiguilles) démontre sa pertinence dans le contexte applicatif de la télédétection satellitaire de l'océan. Nous en discutons également les principales contributions ainsi que les différentes extensions possibles.

À l'aide de techniques géophysiques, on a étudié le pergélisol de la région du lac Minto, Nouveau-Québec. Le pergélisol a une distribution discontinue et son épaisseur varie selon les caractéristiques biophysiques des stations inventoriées. Le pergélisol est mince ou absent sur les terrasses lacustres boisées, ainsi que dans les fens et les sédiments grossiers d'origine fluvioglaciaire. Il est par contre présent dans les stations exposées aux vents et peu enneigées, autant dans les sédiments minéraux (terrasses de tills remaniés, buttes minérales cryogènes) qu'organiques (palses, plateaux palsiques dans les fens de la région). L'importance du mollisol et du pergélisol a fait l'objet d'une cartographie détaillée dans un secteur diversifié au point de vue écologique. La neige, le ruissellement et la capacité de rétention d'eau des sédiments semblent être les principaux facteurs déterminant la présence et l'importance du pergélisol.

À l’heure où la problématique climatique connaît une inflexion après les bruyantes controverses et remises en question qui ont marqué ces dernières années, il nous a semblé intéressant d’ouvrir ce numéro par un entretien avec Pierre Morel. Initiateur de la recherche physique sur le climat en France, il a créé en 1968 le Laboratoire de Météorologie Dynamique qui est aujourd’hui, au sein de l’IPSL, le pivot de la recherche française dans ce domaine, et dont il a assuré la direction jusqu’en 1975. La carrière de Pierre Morel s’est pour une large part déroulée dans un cadre international. Normalien, physicien, premier directeur des programmes scientifiques et technologiques du CNES en 1962, où il reste deux ans, puis professeur à l’université de Paris, il se spécialise dans le champ de la dynamique des fluides géophysiques. Il est nommé en 1967 membre du Joint Organizing Committee du Global Atmosphere Research Program (GARP), aux travaux duquel il participe jusqu’en 1982. Il imagine et fait adopter plusieurs projets spatiaux, notamment le système ARGOS embarqué sur les satellites polaires de la NOAA et le satellite météorologique européen METEOSAT. En 1982 est créé, dans le sillage du GARP, le World Climate Research Program (WCRP) dont il devient le premier directeur, fonction qu’il remplit jusqu’en 1994. Il rejoint ensuite le quartier général de la NASA comme Senior Visiting Scientist au bureau de la Mission to Planet Earth. Cette carrière, à bien des égards exceptionnelle, a donné à Pierre Morel un regard qui a peu d’équivalent, par son ampleur, sur toutes les facettes de la recherche climatique. Hervé Le Treut, avec qui nous avons préparé et conduit cet entretien, est l’actuel directeur de l’IPSL. Membre de l’Académie des sciences, il enseigne à l’École Polytechnique et à l’université Pierre et Marie Curie. Nous les remercions vivement tous deux d’avoir accepté de se livrer à cet exercice délicat de communication scientifique.

Le marégraphe de Marseille est à la fois le bâtiment et l'appareil d'observation du niveau de la mer qu'il abrite. Créé en 1885 pour déterminer le niveau moyen de la mer formant l'origine des altitudes continentales françaises, il observe le niveau de la mer depuis cette époque. Classé monument historique et désormais complété d'instruments géophysiques modernes, il forme un observatoire dédié à la géodésie et aux sciences du changement climatique. Sa longue série d'observations témoigne de l'élévation du niveau de la mer dans l'ouest de la Méditerranée, avec une tendance de 1,4 mm/an depuis 1885. Les projections climatiques indiquent que le niveau de la Méditerranée devrait s'élever de plusieurs dizaines de centimètres à plusieurs mètres dans les siècles à venir. The Marseille tide gauge is both the building and the device dedicated to observing sea level that it holds. Created in 1885 in order to determine the mean sea level as the datum of the french continental height system, it observes sea level since then. Classified as a historical monument and holding new modern geophysical devices, it is now an observatory dedicated to geodesy and climate change sciences. Its long observations time series gives evidence of sea level rise in Western Mediterranean, with a trend of 1.4 mm/yr since 1885. Climate projections indicate that sea level should continue to rise of several tens of centimeters to several meters in next centuries.

La salinité de surface de la mer (SSS : Sea Surface Salinity) influence la dynamique océanique et porte la signature du cycle de l'eau à l'interface océan-atmosphère. Pour mieux comprendre ses variations, le Service national d'observation SSS (SNO SSS) du Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (Legos, Toulouse) gère un réseau global de navires d'opportunité équipés de thermosalinographes, initié il y a 50 ans. La maintenance des instruments est effectuée aux ports de Nouméa et du Havre par l'Institut de recherche pour le développement (IRD). Les données sont transmises en temps réel pour la surveillance des instruments et l'océanographie opérationnelle. Après correction des dérives instrumentales en temps différé, les données sont mises à disposition de la communauté scientifique internationale, et permettent d'étudier des processus océaniques et climatiques d'échelle régionale à globale, ou de valider modèles et données satellitaires. Sea Surface Salinity (SSS) affects the ocean dynamics and bears the signature of the water cycle at the ocean-atmosphere interface. To better understand its variations, the French SSS Observation Service from the Laboratory for Studies in Geophysics and Spatial Oceanography (LEGOS, Toulouse, France) manages a global network of voluntary observing ships equipped with thermosalinographs (TSG), initiated 50 years ago. The instruments are regularly serviced at harbour calls in New Caledonia and mainland France by the French National Research Institute for Sustainable Development (IRD). Data are transmitted in real time for instrument monitoring and operational oceanography. After correction of instrumental drifts in delayed time, data are freely distributed to the international research community, and used for process-oriented climate studies from regional to global scale, or for validation of models and satellite data.

Après des expériences pionnières en 1998-2003, vingt-huit sites monastiques de Bourgogne-Franche-Comté ont fait l’objet de prospections géophysiques par GPR (ou radar-sol) en 2010-2016, afin d’en reconnaître l’emprise, l’environnement et la topographie – carré claustral, églises antérieures, etc. –, d’estimer la puissance stratigraphique, de repérer des structures spécifiques – caveau, tombes privilégiées, etc. Les résultats qui constituent une « strate » de documentation supplémentaire, une approche du potentiel enfoui, ont servi à élaborer des stratégies d’interventions en sondages ou en fouilles. La confrontation heuristique engagée entre « image géophysique » et « réalité archéologique » participe à définir les limites de cette méthode, qui est la plus opérable pour la période, surtout pour ce type de structure et « d’environnement archi-stratigraphié » alto-médiéval. Cette contribution présente quelques résultats et observations à partir de neuf cas choisis pour leur caractère démonstratif ou significatif parmi les douze sites sondés ou partiellement fouillés à l’issue des prospections géophysiques – une mise en perspective éclairante qui s’inscrit dans un « retour d’expériences » méthodologique essentiel.

L'excitation du mouvement du pôle provient principalement du transport de masse dans l'atmosphère et les océans. A présent le mouvement observé n'est pas parfaitement expliqué, que ce soit dans le domaine saisonnier d'une part ou à l'échelle diurne d'autre part. Notre effort s'est porté sur l'oscillation de Chandler ainsi que sur les variations de période inférieure à 50 jours et diurnes, pour lesquelles subsistent de nombreuses zones d'ombre. Les redistributions de masse atmosphériques et océaniques expliquent bien l'irrégularité du terme Chandler et le mouvement rapide de périodes comprises entre 3 et 50 jours. Cependant, des divergences importantes persistent à l'échelle diurne. Par ailleurs, les redistributions d'eau douce jouent un rôle important mais, la complexité et le manque d'observations des processus hydrologiques rendent leur modélisation imprécise. Les modèles actuels doivent donc être validés et confrontés au mouvement du pôle observé. Nous montrons que la prise en compte des modèles hydrologiques, ajoutés aux effets atmosphériques et océaniques, améliore le bilan saisonnier et à longue période. Le problème reçoit depuis quelques années un éclairage nouveau grâce à la mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Quatre centres d'analyse fournissent des séries de variations temporelles des harmoniques sphériques C20, C21 et S21 du champ de gravité qui sont proportionnelles aux excitations de la longueur du jour et du mouvement du pôle causées par les fluctuations de masse en surface. Nous avons analysé les dernières mises à jour. Malgré un niveau de bruit important, leur résidu hydrologique s'accorde bien avec le mouvement du pôle observé
The polar motion excitation is mainly due to the mass transport of the atmosphere and the oceans. So far, the observed motion is not fully explained from seasonal to diurnal scales. Our effort has focused on the Chandler wobble as well as fluctuations with period smaller than 50 days and diurnal variations, which remain still partially unexplained. We show that the atmospheric and oceanic mass redistributions are the principal causes of the Chandler wobble irregularities and the rapid polar motion of periods between 3 and 50 days. However, major differences persist at diurnal scales. Moreover, the redistributions of the continental water are important but, modelling those processes is imprecise due to the complexity and lack of observations of terrestrial hydrology. Current models must be then validated and compared to the observed polar motion. We show that the hydrological models, coupled with oceanic and atmospheric effects, improve the seasonal and long term mass balance. Thanks to space mission Gravity Discovery and Climate Experiment (GRACE), the total mass redistribution on the Earth can be determined with a different approach. Four analysis centers provide temporal variations of spherical harmonics C20, C21 and S21 of the gravity field that are proportional to the length of day and polar motion excitations caused by surface mass changes. We have analized the latest updates of these series. Despite a significant level of noise, their hydrological residual matches reasonably well the observed polar motion

L'objectif de ce travail de thèse est la mise au point d'une méthode expérimentale de description tri-dimensionnelle de la fissuration d'un sol à la dessiccation. Nous avons adapté à notre échelle d'étude la méthode de la résistivité électrique (configuration carré), permettant une acquisition 3D et non destructive. Notre démarche repose sur un couplage entre expérimentation et modélisation de la répartition des lignes de courant en milieu fissuré. A l'aide de la modélisation 3D nous avons pu évaluer numériquement les effets de bords présents lors d'expérimentation en milieu fini. Nous avons également défini et évalué la sensibilité de deux indices d'anisotropie AAI et amax. L'indice amax permet de retrouver l'orientation de la fissure. L'indice AAI est également sensible à des paramètres géométriques tels que : épaisseur, profondeur, pendage. Ces indices validés par l'expérimentation permettent une description non redondante de l'état de fissuration et de son évolution. Ce travail ouvre ainsi des perspectives sur la modélisation des milieux poreux déformables.

Compte tenu de la forte hétérogénéité spatio-temporelle des surfaces continentales, la télédétection spatiale s’est avérée être un moyen indispensable pour réaliser un suivi à la fois régulier, local et global des processus qui régissent ces surfaces. Les facteurs dont ils dépendent, tels que l’humidité du sol ou la végétation sont variables sur de larges gammes d’échelles auxquelles seuls les satellites peuvent accéder. En raison du nombre grandissant d’observations satellitaires présentes à plusieurs échelles spatiales et fondées sur de multiples technologies, diverses méthodes ont alors été développées pour permettre d’analyser et d’extraire au mieux l’information riche et conséquente acquise par satellite. Les méthodes basées sur l’analyse multi-échelle fournissent un moyen efficace pour décrire l’hétérogénéité de ces observations et ainsi mieux comprendre la complexité des processus de surface. En particulier, une possibilité consiste à s’intéresser à l’existence de lois d’échelles statistiques qui offrent un outil conceptuel générique applicable à la caractérisation de tout type de géométrie. Cela peut contribuer à caractériser les processus de surface selon une approche multi-échelle rarement prise en compte dans les modèles actuels de surface.Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de montrer le potentiel d’une méthode permettant de caractériser sur plusieurs échelles spatiales les comportements de variables géophysiques de surface. Pour cela, différentes observations satellitaires complémentaires ont été analysées au moyen du modèle des Multifractales Universelles (Schertzer and Lovejoy, 1987). Deux cas d’étude ont permis de répondre à cet objectif. La première application porte sur l’analyse multifractale des produits intervenant dans l’algorithme de désagrégation spatiale d’humidité du sol DisPATCh (Disaggregation based on Physical And Theoretical scale Change; Merlin et al., 2008; Molero et al., 2016), sur la partie Sud-Est de l’Australie. Dans le deuxième cas d’étude, nous avons étudié le comportement multi-échelle de réflectances de surface et indices optiques acquis par le satellite Sentinel-2 sur la région Sud-Ouest de la France, et corrigés des effets atmosphériques par la chaine MAJA (MACCS-ATCOR Joint Algorithm; Hagolle et al., 2010, 2015; Rouquié et al., 2017). Dans ces deux cas d’étude, l’analyse de séries temporelles d’images nous a permis de mettre en relation l’évolution temporelle des propriétés d’échelle avec les variations saisonnières de la région d’étude (conditions météorologiques, cycles de cultures).Ce travail a révélé dans les produits de surface la présence de lois d’échelles qui diffèrent en fonction de la gamme d’échelles considérée. Ces comportements différents mettent en évidence des régimes d’échelles spécifiques qui, selon le produit étudié, peuvent s’expliquer de deux manières. D’une part, les régimes observés peuvent traduire la présence de processus de surface non-linéaires tels que les précipitations, le ruissellement ou l’évapotranspiration, agissant à différentes échelles spatiales et modulés par divers facteurs tels que la composition et la structure du sol (distribution de la végétation, présence de parcelles agricoles, etc.). D’autre part, ces comportements d’échelle peuvent également refléter l’impact sur les variables de surface des méthodes d’acquisition (fonction de transfert des capteurs) ou de traitement (combinaison de produits au sein des modèles) qui sont couramment utilisées en télédétection. De cette manière, cette étude a montré le potentiel de l’analyse multifractale pour décrire l’hétérogénéité des surfaces continentales, mais également pour évaluer la fiabilité de produits ou modèles de surface. Cette méthode pourrait être utile à la préparation de futures missions spatiales afin de déterminer les limites des capteurs en termes de propriétés multi-échelles, et ainsi mieux estimer la résolution effective de différents produits satellitaires
Considering the strong spatial and temporal heterogeneity of continental surfaces, remote sensing has proved to be an indispensable means for conducting regular, local and global monitoring of the physical and biophysical processes governing these surfaces. The factors on which they depend, such as soil moisture, surface temperature, vegetation, or topography, are variable over wide ranges of scales that only satellites can access. Thus, over the last fifty years, we have seen a growing number of satellite observations defined at multiple spatial scales and based on multiple technologies. Various methods were then developed to analyze and extract the rich and consistent information acquired by satellites. Methods based on multi-scale analysis can provide an effective means to describe the heterogeneity of these observations and thus better understand the complexity of surface processes. In particular, one possibility is to focus on the existence of statistical scaling laws offering a generic tool applicable to the characterization of any type of geometry. The demonstration of specific scaling behaviors can help to characterize surface processes using a multi-scale approach that is rarely taken into account in current surface models.In this context, the objective of this thesis is to demonstrate the potential of a method dedicated to the characterization of the behaviors of surface geophysical variables on several spatial scales. For this, different complementary satellite observations were analyzed using the Universal Multifractal model (Schertzer and Lovejoy, 1987). Two case studies helped to meet this objective. The first application concerns the multifractal analysis of the products involved in the soil moisture disaggregation algorithm called DisPATCh (Disaggregation based on Physical And Theoretical scale Change; Merlin et al., 2008; Molero et al., 2016), on the southeastern part of Australia. In the second case study, we studied the multi-scale behavior of surface reflectances and optical indices acquired by Sentinel-2 satellite over the South-West region of France, and corrected from atmosphere effects by the processing chain MAJA (MACCS-ATCOR Joint Algorithm; Hagolle et al., 2010, 2015; Rouquié et al., 2017). In both case studies, time series of images were analyzed. Thus, for each variable studied, we were able to relate the temporal evolution of scaling properties to the seasonal variations specific to the study area (meteorological conditions, crop cycles).During this work, different scaling laws were observed on different scale ranges. Two arguments were given to explain these different scaling behaviors, depending on the case study and the product. On the one hand, the observed regimes can reflect the presence of non-linear surface processes such as precipitation, runoff or evapotranspiration, acting at different spatial scales and modulated by various factors such as soil composition and structure (distribution of vegetation, presence of agricultural parcels, etc.). On the other hand, these scaling behaviors may also reflect the impact on surface variables of acquisition techniques (sensor transfer function) or processing methods (combination of products within surface models) that are commonly used in remote sensing. In this way, this study showed the potential of multifractal analysis to describe the heterogeneity of continental surfaces, but also to evaluate the reliability of geophysical products and surface models. This method could be useful for the preparation of future space missions in order to determine the limits of satellite sensors in terms of multi-scale properties, and thus to better estimate the effective resolution of different products derived from satellite acquisitions

Le programme international Argo a révolutionné l'observation globale des océans. Une flotte de plus de 3000 instruments sous-marins autonomes est en place, programmés pour fournir des mesures globales de profils de température et de salinité sur les 2000 premiers mètres de l'océan. Ces mesures sont assimilées dans des modèles océaniques conjointement aux observations satellitaires afin de décrire et prévoir l'océan. Dans cette thèse nous proposons une analyse permettant de caractériser les erreurs d'un modèle global océanique par comparaison aux données du réseau Argo. Ces erreurs sont décrites via leurs amplitudes, leurs variations régionales et temporelles ainsi que via les échelles spatiales associées. Une caractérisation des échelles spatiales à la fois pour la variabilité océanique et pour les erreurs modèles est, en particulier, menée permettant de relier la structure des erreurs modèles à celle du signal. Enfin, des techniques basées sur le contenu en information sont testées afin de pouvoir à terme mieux quantifier l'impact des observations Argo sur les systèmes d'assimilation de Mercator Océan
The international Argo program has revolutionized the observation of the global ocean. An array of more than 3000 profiling floats is in place and provides global measurements of temperature and salinity on the first 2000 meters of the ocean. These measurements are assimilated into ocean models together with satellite observations to describe and forecast the ocean state. We propose here to characterize model errors using Argo observations. Model errors are described through their amplitude, geographical and temporal variations as well as their spatial scales. Spatial scales of both model errors and ocean signals are, in particular, estimated. This allows a comparison of model errors and ocean variability structure. Finally, techniques based on information content are tested in the longer run quantifying the impact of Argo observations in the Mercator Ocean data assimilation systems

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la structure et du fonctionnement des systèmes hydrothermaux volcaniques. Nous nous sommes attachés à l'étude géophysique multi-méthodes de deux systèmes hydrothermaux : Waimangu, en Nouvelle-Zélande, et la Solfatara, en Italie. Le premier en raison de sa dynamique, et parce qu'il apparait comme une zone laboratoire purement hydrothermale, sans influence magmatique; le second pour l'observation et la caractérisation géophysique d'un panache hydrothermal accessible à la surface. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la reconnaissance de la structure de Waimangu à grande échelle, et à la caractérisation des principales composantes du système (lacs de cratères, zones fumeroliennes et geysers). Cette étude a permis d'associer les méthodes de potentiel spontané et de résistivité électrique avec des mesures ponctuelles de température et de flux de CO2. Nous avons ensuite ciblé notre étude sur des laboratoires à petite-échelle présents sur Waimangu : Iodine vent, Inferno Crater Lake et le site du Old Geyser. Ces systèmes différent les uns des autres par leur taille, mais aussi par leurs caractéristiques physico-chimiques, qui jouent un rôle determinant dans la sensibilité des méthodes géo-électriques. Sur le site de Iodine Pool, l'application de techniques récentes d'imagerie acoustique sous-marine a permis la localisation précise des sources de bruit hydrothermal. Le suivi par polarisation spontanée d'un évent intermittent a montré une cyclicité dans les signaux, qui peut être expliquée par une variation de hauteur piézométrique. L'application conjointe de l'imagerie acoustique et de l'imagerie électrique sur le site du Old Geyser a mis en évidence la complémentarité des deux techniques dans la localisation d'une structure hydrothermale qui correspond à la fois à une source acoustique et électrique. Dans un troisième temps, nous avons étudié la signature géo-électrique des mouvements de fluides qui accompagnent l'activité cyclique du Lac Inferno. Le suivi temporel de résistivité électrique montre que les variations du lac et les mouvements de fluide observés sont caractérisés par des variations importantes de résistivité dans le sous-sol qui pourraient correspondre à des changements de phase du fluide en profondeur, en accord avec des modélisations analogiques. La campagne réalisée à la Solfatare a permis d'imager le panache hydrothermal par les méthodes électriques (tomographie de résistivité en trois dimensions), acoustiques et thermiques. Nous présentons les résultats obtenus avec la tomographie de résistivité électrique et les mesures de température, qui ont permis de déterminer avec précision les limites spatiales du panache hydrothermal
This thesis is a study into the structure and functioning of hydrothermal systems. We focused on two areas, Waimangu, New Zealand, and the Phlegrean Fields - Solfatara, Italy, that we observed with several geophysical methods. The first system was chosen owing to its strong dynamics, and because it seems to be purely hydrothermal, without any magmatic influence; the second one allowed the observation and the geophysical characterization of a shallow hydrothermal plume. Our study first aimed to recognize the large scale structure of the Waimangu hydrothermal system, and to characterize its main surface expressions, namely hot lakes, geysers, and fumaroles. For this purpose, we related the self-potential and the electrical resistivity methods to measurements of temperature and CO2 flux. We then concentrated on three small-scale laboratories : Iodine vent, Inferno Crater Lake, and the Old Geyser Site. These areas are different from each other in size and also in their water chemistry, which is a key parameter in the sensitivity of electrical methods. This range enabled us to implement acoustic and electrical imaging techniques on singular systems that have their own dynamics. At Iodine Pool, the implementation of recent imaging techniques from underwater acoustics allowed us to locate hydrothermal noise sources with high accuracy. The self-potential monitoring of an intermittent vent showed cyclic fluctuations that could be explained by a change in the hydraulic head. The joint application of acoustic and electrical imaging at the Old Geyser Site showed how these two techniques complement each other in defining the location of a hydrothermal structure that matches both acoustic and electrical sources. A third step consisted in the study of the geo-electrical signature of fluid movements that relate to the Inferno cyclic activity. Electrical resistivity monitoring highlighted that the observed lake fluctuations are characterized by notable electrical resistivity changes; these variations could be due to phase changes occurring at depth, and are in good agreement with analog modellings. The experiments that have been made at the Solfatara allowed us to image the hydrothermal plume with electrical methods (3-D resistivity tomography), acoustic and thermal measurements. We present the results from both electrical resistivity tomography and temperature data that allowed us to establish the boundaries of the hydrothermal plume

La sismique réflexion 3D est largement utilisée dans l'industrie pétrolière. Cette méthode d’auscultation du sous-sol fournit des informations sur les structures géologiques et peut être utilisée pour construire des modèles de réservoir. Cependant, les propriétés dérivées des données sismiques 3D (et 2D) ne sont que statiques: elles ne permettent pas d’évaluer ce qui change avec le temps. L'ajout d'une dimension temporelle aux données 3D est obtenue par la répétition des mesures à plusieurs dates séparées de plusieurs mois voire même de plusieurs années. Ainsi, la sismique4D (time-lapse) permet d’appréhender les modifications du sous-sol sur le long terme. Depuis les années 90, cette méthode est utilisée dans le monde entier en mer et à terre. Pour réaliser une surveillance beaucoup plus fréquente (quotidienne), voire continue (quelques heures) du sous-sol, CGG a développé, en collaboration avec Gaz de France (désormais ENGIE) et l’Institut Français du Pétrole (maintenant IFPEN), une solution basée sur des sources et des récepteurs enterrés: SeisMovie. SeisMovie a été initialement conçu pour suivre et cartographier en temps-réel le front de gaz lors des opérations de stockage en couche géologique. Il est aussi utilisé pour observer l’injection de vapeur nécessaire à la production d’huile lourde. Dans cette thèse, nous apportons des contributions à trois défis qui apparaissent lors du traitement des données sismiques issues de ce système. Le premier concerne l'atténuation des variations de proche surface causées par les ondes « fantômes » qui interfèrent avec les ondes primaires. Le second concerne la quantification des modifications du sous-sol en termes de variation de vitesse de propagation et d’impédance acoustique.Le troisième concerne le temps-réel : le traitement doit être au moins aussi rapide que le cycle d’acquisition (quelques heures). En effet l’analyse des données doit permettre aux ingénieurs réservoirs de prendre rapidement des décisions (arrêt de l’injection, diminution de la production). Dans un cadre plus général, il existe des similitudes conceptuelles entre la 3D et la 4D. En 4D, ce sont les acquisitions répétées qui sont comparées entre elles (ou avec une référence). En3D, pendant l’acquisition, les géophysiciens de terrain comparent les points de tir unitaires entre eux afin d’évaluer la qualité des données pour prendre des décisions (reprendre le point de tir, continuer). Dès lors, certains outils 4D temps réel développés pendant cette thèse peuvent être appliqués. Ainsi une toute nouvelle approche appelée TeraMig pour le contrôle qualité automatisé sur le terrain sera également présentée
3D seismic reflection is widely used in the oil industry. This standard subsoil auscultation method provides information on geological structures and can be used to build reservoir models. However, the properties derived from3D (and 2D) seismic data are only static: 3D does not allow to evaluate the changes with calendar time. The addition of a temporal dimension to 3D data is obtained by repeating the measurements at several dates separated by several months or even several years. Thus, 4D seismic (time-lapse) makes it possible to measure and to analyze the changes of the subsoil in the long term. Since the 90s, this method is used worldwide at sea and on land. To carry out a much more frequent monitoring (daily), even continuous (a few hours) of the subsoil, CGG developed, in collaboration with Gazde France (now ENGIE) and Institut Français du Pétrole (now IFPEN), a solution based on buried sources and receptors: SeisMovie. SeisMovie was originally designed to monitor and map the gas front in real time during geological disposal operations. It is also used to observe the steam injection required for heavy oil production. In this thesis, we bring contributions to three challenges arising in the processing of seismic data from this system. The first one concerns the attenuation of near-surface variations caused by "ghost" waves that interfere with primary waves. The second one concerns the quantification of subsurface changes in terms of propagation velocity variation and acoustic impedance.The third one concerns real-time: the data processing must be at least as fast as the acquisition cycle (a few hours). Infact, the analysis of the data must enable the reservoir engineers to make quick decisions (stop of the injection, decreaseof the production). In a more general context, there are conceptual similarities between 3D and 4D. In 4D, the repeated acquisitions are compared with each other (or with a reference). In 3D, during acquisition, field geophysicists compare unitary shot points with each other to assess the quality of the data for decision-making (reshooting, skipping orcontinuing). Therefore, some 4D real-time tools developed during this thesis can be applied. A new approach called TeraMig for automated quality control in the field will also be presented

La compréhension du rôle des aérosols atmosphériques dans le fonctionnement du système terre-atmosphère est limitée par les incertitudes sur leur répartition spatiale, leur composition et leurs sources. Si leurs impacts sur le changement climatique et l’environnement peuvent être évalués grâce aux modèles de chimie-transport, ces incertitudes en limitent la précision. Les observations satellitaires ont la capacité de fournir à l’échelle globale des informations précises sur un certain nombre de paramètres « aérosols » mais elles sont limitées par les conditions nuageuses, la périodicité des orbites et par le contenu en information, c’est-à-dire le type de paramètres que l’on peut retrouver suivant la nature de ces observations. Une approche prometteuse consiste à améliorer les champs d’émission des modèles en utilisant le principe de la modélisation inverse. Dans cette étude, nous avons conçu une méthode de restitution simultanée des sources d’émission de poussières désertiques, de carbone suie et de carbone organique à partir des produits satellitaires (POLDER/PARASOL) dérivés en utilisant l’algorithme GRASP, conjointement à une modélisation inverse du modèle GEOS-Chem. Cela nous a permis de créer une base de données d’émissions globales d’aérosols sur la période 2006 – 2011. Des simulations réalisées avec les modèles directs GEOS-Chem et GEOS-5/GOCART utilisant cette base de données montrent bien entendu un bon accord avec des observations POLDER mais aussi une nette amélioration de la modélisation de l’aérosol à l’échelle globale lorsque l’on compare les sorties à des mesures indépendantes du réseau AERONET ou à d’autres mesures spatiales (MODIS, MISR, OMI)
Understanding of the role that atmospheric aerosol play in the Earth-atmosphere system is limited by uncertainties in aerosol distribution, composition and sources. Thus, accurate chemical transport model simulation systems are crucial needed to analyse and predict atmospheric aerosols and their impacts on climate change and environment. Satellite observations have ability to provide an extensive spatial coverage and accurate aerosol products, however, are constrained by clear-sky condition, global coverage orbit cycle and information content. One of the most promising approaches is to reduce model uncertainty by improving the aerosol emission fields (i.e., model input) by means of inverse modeling relying on satellite observations as a constrain. In this study, we designed a method of simultaneous retrievals of desert dust, black carbon and organic carbon aerosol emission sources using aerosol data obtained from GRASP algorithm applied to POLDER/PARASOL satellite observations, and relying on the GEOS-Chem inverse modeling framework. Then, a satellite-based global aerosol emission database (2006-2011) has been developed. This aerosol emission database has been further evaluated by utilization in GEOS-Chem and GEOS-5/GOCART models. The model posterior simulation of aerosol properties employing the retrieved emissions shows a better agreement than the model prior simulation; it is true for not only fitted PARASOL products, but also for completely independent measurements from ground-based AERONET and satellites aerosol products (e.g., MODIS, MISR, OMI). The results suggest that the satellite-based aerosol emission database improves overall global aerosol modeling

L'un des principaux enjeux concernant le transport réactif dans les formations poreuses est aujourd'hui d'identifier, développer et tester des méthodes géophysiques capables de suivre, depuis la surface (et donc à l'échelle du terrain) les processus physicochimiques qui se produisent à l'intérieur de la roche. Dans cette étude, nous avons ainsi cherché à étoffer et à mieux comprendre les relations entre les réaction de dissolution et précipitation dans des roches de textures et de compositions minéralogiques variées et les changements que celles-ci provoquent sur les paramètres physiques (perméabilité et facteur de formation électrique essentiellement). A cet effet, des expériences de percolation ont été menées sur des échantillons parfaitement caractérisés et avec des fluides de différentes compositions chimiques (sursaturés vis-à-vis de la calcite dans le cas de la précipitation et acidifiés par saturation en CO2 dans celui de la dissolution). La température, les pressions, le débit d'injection, les conductivités électriques du fluide et de la roche, l'alcalinité, le pH et la composition chimique du fluide ont été suivis tout au long de ces expériences et nous ont ainsi permis d'avoir accès en continu et en temps réel aux paramètres géochimiques (alcalinité et concentration en calcium du fluide sortant) et géophysiques (perméabilité et facteur de formation électrique) Enfin les résultats obtenus en laboratoire sont en bon accord avec ceux obtenus à une échelle supérieure, plus proche des systèmes naturels, mais toujours dans des conditions expérimentales bien contrôlées, dan; la carrière laboratoire du Mayet de Montagne (Massif Central - France)
One of the main challenge in the area of the reactive transport in porous rocks is nowadays to identify, develop and test geophysical methods being able to follow, from the surface (and hence at the field scale) the processes that occur inside the rock formation. In this study we have hence sawk to document and better understand the relationships between the dissolution and/or the precipitation of rocks with various textures and mineralogical compositions and the change in the physical parameters (permeability and electrical formation factor). To this end, percolation experiments have been carried out on very well characterized samples and with various injected fluids (oversaturated in calcite in the case of precipitation and rendered acidic by saturation with CO2 in the one of dissolution). The temperature, the pressions, the flow rate, the electrical fluid's and rock's conductivities, the alkalinity, the pH and the chemical composition of the outflow fluid have been followed, that/enables us to have access all the experiment long and in real time both to geochemical (namely alkalinity and calcium's concentrations) and to geophysical parameters (permeability and electrical formation factor). In addition, the results obtained in the laboratory at different scales (centimetric to decimetric) are in good agreement with the ones obtained at a larger scale in the laboratory carrier of the Mayet de Montagne (Mass Central - France)

Le Sahel est une région semi-aride caractérisée par un fort gradient bioclimatique et qui est particulièrement sensible à la variabilité des précipitations. Les périodes de très forte sécheresse qui ont sévi sur l'ensemble du Sahel entre les années 1970 et 1980 ont eu des effets dévastateurs sur les écosystèmes, les populations et leurs ressources. La théorie d'une désertification du Sahel a été ravivée, ainsi que celle prédisant une avancée rapide du Sahara sur le reste du continent. Dès les années 1990, l'analyse des premiers indices de végétation satellitaires (NDVI) acquises à l'échelle du globe à une fréquence temporelle journalière a mis en évidence une nette augmentation du NDVI depuis les années 1980. On parle alors de reverdissement du Sahel. L'objectif de cette thèse est de faire la part de ce reverdissement et d'une éventuelle dégradation des écosystèmes sahéliens, sur les 30 dernières années. Les indices de végétation satellitaires basés sur les propriétés optiques de la végétation verte sont de "simples estimateurs" de la production annuelle : la validation des tendances de NDVI sur le long-terme nécessite une vérité terrain. De telles données sont très difficiles à acquérir sur des échelles spatiales compatibles avec la résolution des satellites d'observation de la Terre et sur une période de temps permettant l'analyse de tendances temporelles. Dans le cadre du projet AMMA et de projets antérieurs, nous bénéficions de séries longues de masse de la strate herbacée pour deux régions : le Gourma au Mali (1984-2011) et le Fakara au Niger (1994-2011). La confrontation des deux sources de données (NDVI GIMMS-3g et productivité végétale mesurée sur le terrain) montre que le Sahel pastoral du Gourma est marqué par un reverdissement ainsi que par une augmentation de la productivité végétale mesurée in situ. En revanche, le Sud-ouest Nigérien montre une tendance à la baisse de ces deux variables. La cohérence des données de terrain avec les observations satellitaires confirme que le NDVI peut être utilisé comme outil de détection de l'évolution des écosystèmes semi-arides sur de longues périodes de temps. A l'échelle du Sahel, des tendances au reverdissement sont mises en évidence sur la plus grande partie de la région, sur la période 1981-2011. L'analyse du RUE, le rapport de la production par le cumul de pluie, a montré que le reverdissement du Gourma est majoritairement expliqué par le rétablissement des précipitations, et que les écosystèmes sahéliens sont particulièrement résilients aux évènements climatiques extrêmes. Cette résilience, cependant, est surtout mise en évidence pour les sols profonds sableux. Des changements contradictoires sont en effet observés sur la partie du paysage constituée de sols superficiels qui connaissent une augmentation des coefficients de ruissellement et de l'érosion, provoquant parfois une dégradation du couvert végétal. Le reverdissement observé à l'échelle du Gourma doit donc être nuancé par des changements des écosystèmes pouvant toucher une petite portion du paysage (les sols superficiels). Sur le Fakara nigérien, des tendances à la dégradation du couvert herbacé sont mises en évidence par les deux sources de données et ne sont pas expliquées par les précipitations. Les changements d'occupation du sol (augmentation des superficies cultivées, raccourcissement des temps de jachère) peuvent expliquer une diminution de la fertilité du sol et donc de la capacité de production de la région. Nous n'observons donc pas de désertification du Sahel sur les 30 dernières années mais bien une reprise généralisée de la végétation qui suit globalement le rétablissement des précipitations. Cela n'exclut pas que dans certaines régions, ou à l'échelle locale, une dégradation du couvert puisse aussi être observée, comme par exemple sur les sols soumis à une forte érosion ou sur quelques terroirs agricoles, ce qui tend à réconcilier les deux théories.

Le dernier rapport du GIEC souligne que le rôle de la stratosphère dans le changement climatique est mal connu et invite à poursuivre son étude. Les mesures d'occultation solaire et in situ sont appropriées à cette étude mais il est nécessaire de les valider. Nous avons tout d'abord développé notre propre algorithme d'inversion des transmissions de SAGE III et avons comparé nos produits (profils verticaux des concentrations en O3 et en NO2 et coefficients d'extinction des aérosols (CEA)) à ceux issus de l'algorithme officiel et d'un troisième algorithme. De bons accords ont été obtenus entre ces inversions pour toutes les espèces. Nous avons poursuivi avec des comparaisons à des mesures corrélatives obtenues à l'aide d'instruments spatiaux et d'un instrument sous ballon (SPIRALE) déjà validés. Si on exclut les CEA, les résultats sont satisfaisants. Toutefois, la comparaison aux mesures in situ de SPIRALE obtenues aux abords du vortex polaire donne un désaccord pour NO2 démontrant ainsi les limites de l'occultation solaire dans la mesure d'espèces réactives dans des conditions dynamiques complexes. Une fois ces validations réalisées, nous nous sommes intéressés aux intrusions dans la stratosphère d'aérosols issus de feux de forêt et nous avons montré qu'elles conduisent à une forte augmentation du nombre de particules. Enfin, dans un cadre international, nous avons participé à la validation des instruments de la mission ACE (FTS, MAESTRO, Imager) à l'aide de SAGE III et de SPIRALE. Cela nous a permis de valider certains produits (O3 et NO2 de FTS et MAESTRO), d'en invalider d'autres (CEA d'Imager) et de confirmer le désaccord pour NO2 entre mesures in situ et à distance
One of the conclusions of the last IPCC reports is that the role of the stratosphere in the current climate change is not weil known. Consequently, stratospheric studies must continue. Solar occultation and in situ measurements are weil suited to these studies but it is necessary to validate them. First, we have developed our inversion algorithm of the SAGE III transmissions and we have compared our products (vertical profiles of O3 and N02 concentrations and of aerosol extinction coefficients (AEC)) to those from the officiaI algorithm and from a third algorithm. Good agreements are obtained between these inversions for ail species. Then, we have compared our products to those from correlative validated measurements obtained by satellite and balloon borne instrument (SPIRALE). Except CEA, results are satisfying. However, the comparison with in situ measurements from SPIRALE obtained on the edge of the polar vortex exhibits a disagreement for NO2 proving that the solar occultation method are not weil suited for reactive species in complex dynamical situation. Once these validations carried out, we have studied the stratospheric intrusions of aerosols resulting from forest fires and we have shown that they lead to a strong increase in the number of particles. Finally, in an international framework, we have taken part in the validation of the instruments of the ACE mission (FTS, MAESTRO and Imager) with SAGE III and SPIRALE data. That enabled us to validate sorne products (O3 and NO2 from FTS and MAESTRO), to invalidate others (CEA from Imager) and to confirm the discrepancy for NO2 between in situ and remote measurements

Le Comité des Satellites d'Observation de la Terre (CEOS) est une Organisation Participante du Groupe des Observations de la Terre (GEO), organe intergouvernemental. Le Groupe de Travail sur l'Étalonnage et la Validation du CEOS est responsable de la définition des variables géophysiques produites par les systèmes satellites du CEOS. Ce document définit l'Indice de Surface Foliaire (LAI), y compris les abréviations recommandées, la symbolique et les unités. Les quantités associées, couramment dérivées tant par des systèmes in-situ que par télédétection, y compris les satellites du CEOS, sont également définies.

Le Comité des Satellites d'Observation de la Terre (CEOS) est une Organisation Participante du Groupe des Observations de la Terre (GEO), organe intergouvernemental. Le Groupe de Travail sur l'Étalonnage et la Validation du CEOS est responsable de la définition des variables géophysiques produites par les systèmes satellites du CEOS. Ce document définit la fraction de couverture végétale (FVC), y compris les abréviations recommandées, la symbolique et les unités. Les quantités associées, couramment dérivées tant par des systèmes in-situ que par télédétection, y compris les satellites du CEOS, sont également définies.

Le Comité des Satellites d'Observation de la Terre (CEOS) est une Organisation Participante du Groupe des Observations de la Terre (GEO), organe intergouvernemental. Le Groupe de Travail sur l'Étalonnage et la Validation du CEOS est responsable de la définition des variables géophysiques produites par les systèmes satellites du CEOS. Ce document définit la fraction de radiation photosynthétiquement active absorbée (FAPAR), y compris les abréviations recommandées, la symbolique et les unités. Les quantités associées, couramment dérivées tant par des systèmes in-situ que par télédétection, y compris les satellites du CEOS, sont également définies.

Une nouvelle analyse multi-azimutale 3D de la fonction de réception a permis d'identifier quatre discontinuités sismiques régionales plongeant de 7 à 13° dans le manteau du craton Supérieur. sismiques régionales plongeant à 7-13° dans le manteau du craton Supérieur d'Amérique du Nord ; la plupart sont La plupart de ces discontinuités ne correspondent pas aux principales structures connues de la croûte supérieure. Des structures crustales largement observées avec des plans axiaux presque verticaux verticaux orientés est-ouest indiquent que la phase la plus récente et la plus dominante de plissement et de raccourcissement horizontal s'est produite pendant la période du Kenora. de raccourcissement horizontal s'est produite pendant la déformation crustale du Kenoran (D2), en même temps que la minéralisation de l'Au et le pic du métamorphisme. minéralisation de l'or et le métamorphisme maximal à 2,72-2,66 Ga. Deux discontinuités mantelliques orientées à 065° et à 249°, avec un pendage vers le sud-est et le nord-ouest, respectivement. Ces directions sont à peu près parallèles à la marge septentrionale du craton de la marge nord du craton Supérieur et de certaines caractéristiques intra-cratoniques telles que l'axe du bassin de Quetico. Deux discontinuités ont une direction de 355° et 187°, plongeant respectivement vers l'est et l'ouest et parallèlement à la marge ouest du craton. Nos nouvelles observations ne révèlent ni discontinuités à pendage modéré, orientées est-ouest, ni couches éclogitiques cohérentes caractéristiques des zones de subduction tectoniques des plaques modernes. Les structures mantelliques proéminentes à inclinaison est et ouest se rapportent mieux à une déformation paléoprotérozoïque (Trans-Hudson), rarement observée dans la croûte. Une nouvelle analyse des xénolithes et des xénocristaux du manteau indique que le métasomatisme carbonatitique prédomine au-dessus de certaines discontinuités où se produit une conductivité fortement localisée, tandis que le métasomatisme kimberlitique prédomine en dessous des discontinuités du manteau largement conducteur. Ce fichier ouvert est accompagné de l'ensemble des données géophysiques 3D GOCAD et des modèles de surface interprétés résultant de cette étude d'intégration.