La modelisation de la topographie sous-marine a partir des missions altimetriques ers-1 et geosat

Seafloor topography modelling from ers-1 and geosat altimeter data

• Auteur / Autrice : Guillaume Ramillien
• Direction : Anny Cazenave
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

Lors de leur mission geodesique, les satellites europeen ers-1 et americain geosat ont mesure avec precision, de l'ordre de quelques centimetres, la hauteur des ondulations permanentes de la surface de la mer assurant une couverture homogene sur l'ensemble du globe. Ces ondulations materialisent le geoide qui est une surface equipotentielle du champ de gravite terrestre, sensible a la repartition des masses a l'interieur de la terre. Comme il existe une forte correlation entre ces anomalies de hauteur du geoide et la topographie sous-marine, pour des longueurs d'onde inferieures a 500-700 km, il est possible de calculer des cartes 3d du relief sous-marin a partir de ces donnees recueillies depuis l'espace, en considerant un modele mecanique simple de lithosphere oceanique. La partie superieure de cette lithosphere, aux proprietes elastiques, est susceptible de flechir sous l'effet de charge du relief sous-marin, participant au phenomene de compensation regionale. Deux methodes d'inversion ont ete developpees. La premiere methode de prediction, dite spectrale, consiste a realiser un filtrage lineaire des anomalies du geoide ou de gravite pour obtenir un signal topographique. La fonction de transfert analytique est construite a partir du modele lithospherique. Bien qu'elle soit rapide, cette approche s'appuye sur une theorie lineaire trop simple qui sous-estime de maniere systematique l'amplitude des reliefs sous-marins. La seconde methode, iterative, fait intervenir des operateurs non-lineaires et fournit une solution bathymetrique stable qui satisfait au critere des moindres carres. A une iteration donnee, la solution est une combinaison lineaire des mesures altimetriques avec des coefficients ajustes, qui sont determines a partir des relations theoriques et des matrices de covariance. Ce formalisme matriciel permet d'inclure des mesures ponctuelles et dispersees de sonde des navires afin de contraindre efficacement la topographie. Les variations de l'epaisseur elastique et de la densite de croute entrainent des erreurs importantes sur l'amplitude de la topographie predite. Pour retrouver ces deux parametres a partir des mesures altimetriques, une nouvelle methode d'optimisation (trust) non lineaire et robuste, basee sur le comportement de systemes dynamiques, a ete utilisee avec succes.