GPS observation of geophysical deformations induced by non tidal loading

par Marcell Ferenc

Thèse de doctorat en Géomatique

Sous la direction de Laurent Polidori et de Joëlle Nicolas.

Le président du jury était Jean-Paul Boy.

Le jury était composé de Antoine Mocquet, Tonie Van Dam.

Les rapporteurs étaient Éric Calais, Guy Wöppelmann.

  • Titre traduit

    Observation par GPS des déformations géophysiques dues aux surcharges non maréales


  • Résumé

    La redistribution temporelle et spatiale des masses environnementales déforment la surface de la Terre. Ces déformations sont observables par des techniques de géodésie spatiale telles que le GNSS. Depuis que les produits d'orbite et d'horloge très précis de l'IGS sont disponibles, que des algorithmes sophistiqués ont été développés, l'iPPP a ouvert une nouvelle ère pour l'analyse du GNSS et pour son application dans les études géophysiques. Ce travail fait partie des premières études pour analyser les différents effets de surcharge, en utilisant des séries temporelles de positionnement, en particulier avec le logiciel GINS-PC et les nouveaux produits d'orbite et d'horloge REPRO2 du GRGS (GR2). Nous visons à exploiter les positions sub-diurnes d'iPPP pour étudier divers effets de déformation de la Terre à différentes échelles de temps: sub-diurne à saisonniers et annuels. Notre objectif est de contribuer à la validation des modèles géophysiques, à l'observation des différents phénomènes non-maréaux, mais aussi de présenter la performance du mode iPPP et du logiciel GINS-PC. Ce dernier est un outil puissant pour les applications géodynamiques, qui permet d'étudier l'influence des effets de surcharge sur l'interprétation géodésique des séries temporelles. Après un aperçu des principales déformations de la surface de la Terre, nous présentons les techniques de géodésie qui ont déjà démontré leur potentiel dans l'analyse de déformation, en particulier dans les études de déformation de surcharge. Nous présentons ensuite la technique de GNSS et le mode de traitement iPPP que nous utilisons pour l'analyse des données. Nous montrons ensuite les résultats de deux études régionales. La première analyse étudie l'influence des effets de surcharge sur la détermination des vitesses tectoniques dans la chaîne des Pyrénées à partir de campagnes GNSS espacées dans le temps. Le deuxième cas d'étude tente de suivre l'évolution spatiale et temporelle des déformations induites par un événement de tempête extrême, à savoir la tempête Xynthia qui a eu lieu en France en 2010. Cette étude tente également d'identifier la réponse dynamique de l'océan pour le système de basse pression atmosphérique se déplaçant rapidement en utilisant des séries temporelles sub-diurnes. Enfin, nous allons vers une étude globale qui pose les bases pour de futures recherches.


  • Résumé

    The temporal and spatial redistribution of the environmental masses deform the surface of the Earth. These deformations are observable by space geodetic techniques such as GNSS. Since highly accurate IGS satellite and clock data are available and sophisticated algorithms have been developped, the integer fixed ambiguity Precise Point Positioning (iPPP) method opened a new era for the Global Navigation Satellite System (GNSS) analysis and its application in geophysical studies. This work is among the first studies to investigate the different loading effects using iPPP time series, particularly using the GINS-PC software and the new, reprocessed REPRO2 orbit and clock products of GRGS (GR2). We aim to exploit the sub-daily iPPP time series to study various Earth deformation effects at different time scales, from sub-daily to seasonal and annual periods. Our goal is to contribute to the validation of geophysical models, to the observation of the various non-tidal phenomena, as well as the presentation of the performance of the iPPP mode and the GINS-PC package that is a powerful tool for geodynamical applications, and to investigate the influence of the loading effects on geodetic time series interpretation. After an overview of the main deformations of the Earth's surface, we present the geodetic techniques that already demonstrated their potential in deformation analysis, in particular in loading deformation studies. We then review the GNSS technique and the iPPP processing mode as it was our choice for the data analysis. We then demonstrate two regional studies. The first one investigates the influence of the loading effects on GNSS campaign to determine tectonic velocities in the Pyrenees mountain chain. The second case study attempts to track the spatial and temporal evolution of an extreme storm event, the Xynthia windstorm that occured in France, in 2010. This study also tries to identify the ocean's response to the fast moving low pressure system using sub-daily iPPP time series. Finally we go towards a global study which gives base for future research.


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