Apport de l'altimétrie radar spatiale à l'étude de la neige de la calotte polaire Antarctique

par Pascal Lacroix

Thèse de doctorat en Glaciologie et télédétection

Sous la direction de Frédérique Rémy et de Monique Dechambre.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3. 2 GHz et bande Ku à 13. 6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux. On résous cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: rugosité de la surface, strates en profondeur, puis que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières. Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est ensuite réalisé. Le modèle permet d'expliquer les variations saisonnières observées par la densification de la neige en surface. On développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.

  • Titre traduit

    On the use of radar altimetry to study the snow of the Antarctic ice-sheet


  • Résumé

    The Antarctic ice-sheet is composed by a thick layer of ice surmounted by firn of up to 100 m thick. For now almost 40 years, the satellite observations provide a great number of information on its topography and some properties of the snow surface. However, the knowledge of its shallow and deeper snowpack properties is still very limited. Since 2002, the ENVISAT satellite provides altimetric data over 80 % of the Antarctic ice-sheet simultaneously at 2 different frequencies (S band at 3. 2 GHz and Ku band at 13. 6 GHz). These two waves penetrate into the snowpack over several meters and are reflected differently by its different elements, depending on the frequency. The idea of this thesis is therefore to use the dual frequency information to retrieve properties of the snowpack. We solve this problematic by an analysis and a modelling of the dual frequency altimetric signal over the ice-sheet, and then by its inversion. We focus first on different case studies to estimate the sensitivity of these signals to different properties of the snow: the snow surface roughness, deep layers of ice or snow. We show that the altimetric signal varies seasonally. A model of altimetric signal is then developed to compare the two frequency datasets over the whole ice-sheet. The model shows that the seasonal variations previously observed are caused by the seasonal compaction of the snow surfaces. The in situ measurements of the snow surface roughness are almost inexistent on ice-sheets, so that we develop a new method to measure snow surface profiles based on a distance-sensor laser onboard a skidoo. This instrument is successfully tested on the Midre Lovenbreen glacier in Svalbard.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (146 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-145

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007TOU30231
  • Bibliothèque : Observatoire Midi-Pyrénées. Centre de documentation Sciences de l'univers, de la planète et de l'environnement.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2007/OMP/08038
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