Observations GPS et retards troposphériques : modélisations et application aux effets de surcharge océanique dans l'ouest de la France

GPS observations and troposheric delays : modelization and application to the ocean tide loading effects in the west of France

• Auteur / Autrice : François Fund
• Direction : Antoine Mocquet, Laurent Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique, géodésie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation océanique

Troposphère

Séries chronologiques

GPS

Résumé

L’Ouest de la France est soumis à des déplacements lithosphériques dont l’une des origines est la marée océanique. Les effets sont notamment importants dans le Finistère et dans la baie du Mont-Saint-Michel, où les coefficients des marées sont parmi les plus élevés dans le monde. Ces déplacements périodiques qui sont observés aussi bien dans la direction verticale qu’horizontale, affectent la lithosphère continentale sur de grandes longueurs d’onde. Les déplacements du sol peuvent atteindre des amplitudes de l'ordre de 2 cm au Mans et jusqu’à 10 cm à Brest. Aujourd’hui, le développement des réseaux GPS temps réel permanents comme TERIA complète les réseaux permanents existants et représente un outil indispensable pour l’observation précise des déplacements d’origine crustale. La densité géographique de ces réseaux, mais aussi la quantité des données enregistrées depuis leurs mises en place, permettent d’ores et déjà d’entamer des recherches prometteuses dans ce sens. Néanmoins, il s’avère que pour le positionnement GPS la composante verticale est moins bien déterminée que les composantes horizontales. Parmi les sources générant cette dégradation, on peut citer, au-delà de la couverture des satellites, les problèmes liés à la traversée de la troposphère par les signaux GPS. Les observations GPS doivent donc être corrigées avec une précision meilleure que 5 mm pour obtenir un positionnement vertical d’une précision millimétrique. Les recherches menées par la communauté internationale depuis quelques décennies ont permis d’aboutir à différentes solutions. La première partie de la thèse, à caractère principalement bibliographique, présente les modèles les plus récents pour chaque paramètre influant sur la correction troposphérique. Elle se poursuit par des comparaisons des produits les plus récents et par une étude d’impact sur l’estimation des hauteurs d’un réseau GPS européen. Le logiciel libre GAMIT/GlobK, développé par le Massachusetts Institute of Technology, Harvard, USA, est utilisé pour le traitement des données. Classiquement, les observations GPS sont corrigées des effets de surcharge et malgré les progrès de la recherche dans la modélisation des déplacements occasionnés, il reste de fortes incertitudes dans certaines régions du monde. Un des objectifs de la deuxième partie de ce travail est d’apporter une validation du modèle de marée océanique FES2004 dans l’Ouest de la France. Les travaux présentés utilisent un maximum de données (jusqu’à 6 ans) et une couverture géographique dense (jusqu’à 60 sites). Ils s’appuient sur des recherches menées précédemment dans la même zone en 2004 par le Laboratoire de Géomatique et de Géodésie de l’ESGT notamment. Ces nouveaux résultats permettent d’observer entre autres les déplacements à grande longueur d’onde causés par les éléments de l’orbite terrestre (180 jours de période environ), lunaire (15 à 30 jours environ) et de séparer un maximum d’ondes diurnes et semi-diurnes. Les impacts des corrections troposphériques sur l’évaluation de ces ondes par rapport au modèle FES2004 sont étudiés, tout comme l’apport de la correction des effets de surcharge atmosphérique. Enfin la dernière partie dresse des résultats préliminaires sur des perspectives de travail pouvant être menées sur la troposphère Une discussion sur d’autres travaux à mener sur les effets de surcharge océanique est aussi présentée

The West of France is affected by lithospheric displacements induced by ocean tide loadings. The effects are particularly large in the Finistere and in the Mont-Saint-Michel bay where tidal coefficients are among the largest in the world. These periodic displacements can be observed both on the vertical and on the horizontal components. They have an impact at a large wavelength scale. Displacements have amplitudes of 2 cm in Le Mans and 10 cm in Brest. The real time permanent GPS networks which are currently installed, like TERIA, improve the density and amount of data of the current ones and thus improve the accuracy of tidal displacement observations on a regional scale. However, heights estimated by GPS are not as well determined as horizontal displacements. Major sources of errors are the satellite sky coverage and the accuracy of tropospheric delay corrections. GPS observations need to be a priori corrected at a 5 mm level in order to obtain an accuracy of height estimates at the millimeter level. Research conducted by the international community for many decades offer many products and model to correct from tropospheric delays. In a first part, current models of all parameters that might have an impact on the results are presented. This part is followed by comparisons of these current models and by an impact study on height estimates on a European network scale. Data are processed using the GAMIT/GlobK software developed at the Massachusetts Institute of Technology, Harvard, USA. In a classical way, GPS observations are corrected from tidal loading effects and despite of research progress in modeling displacements, some areas in the world suffer from a lack of accuracy. The second part of this work presents a validation of the FES2004 model in the West of France. All the available data (till 6 years) are used with a dense coverage (till 60 sites). The results supplement and refine the preliminary results of a GPS campaign conducted in this area in 2004 by different laboratories like the Laboratoire de Géodésie et Géomatique of the ESGT. Displacements are observed on a large wavelength scale. Both terrestrial (~180 days) and lunar (~15 days and ~30 days) orbital components are observed and diurnal and semi-diurnal waves are well discriminated. The impacts of tropospheric models and atmospheric tides are also studied on diurnal and semi-diurnal waves. The final part of the manuscript presents some preliminary results about prospects on tropospheric delays and a discussion about future works on ocean tides is presented