Les ondelettes sphériques en gravimétrie spatiale : applications en Polynésie Française et à l'étude du séisme de Sumatra-Andaman

Spherical wavelets applied to sattellite gravity : applications in French Polynesia and to the study of the Sumatra-Andaman earthquake

• Auteur / Autrice : Isabelle Panet
• Direction : Michel Diament
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés libres

Gravimétrie spatiale

Géométrie sphérique

Ondelettes

Séisme

Altimétrie satellitaire

Résumé

L'essor de la gravimétrie spatiale s'accompagne d'un flux de nouvelles données d'une qualité inégalée et appelle le développement de techniques de représentation et d'analyse performantes en géométrie sphérique. Les ondelettes sont particulièrement intéressantes parce qu'elles permettent de fusionner l'information satellitaire basse résolution avec des mesures locales haute résolution au sein de représentations combinées, et parce qu'elles offrent des possibilités d'analyse dans de vastes gammes d'échelles spatiales. Dans cette thèse, nous développons un code de calcul d'une représentation discrète en ondelettes du champ de pesanteur par inversion régularisée de données gravimétriques que nous validons sur des exemples synthétiques. Nous présentons une application au calcul d'un nouveau modèle de champ en Polynésie Française, densifiant le modèle GGM02S issu de la mission satellitaire GRACE avec des données d'altimétrie satellitaire. Nous calculons notamment un zoom à 35 km de résolution sur une zone de 900 km*1100 km centrée sur les Marquises : au lieu de 300 000 harmoniques sphériques, nous n'avons eu besoin pour cela que de 9500 ondelettes. Nous analysons et interprétons ensuite ce champ de pesanteur afin d'étudier le volcanisme polynésien. Pour cela, nous développons une méthode d'analyse continue en ondelettes multipoles de Poisson, et établissons un lien entre les coefficients de cette analyse et la distribution des densités internes. Nous montrons alors que les signatures gravimétriques des chaînes volcaniques varient notablement d'une chaîne à l'autre, révélant des processus de mise en place différents. En particulier, nous mettons en évidence une anomalie du géoide positive à grande échelle sur la Société qui ne peut être due à l'effet de la bathymétrie et illustre le support dynamique de l'archipel par un panache convectif. Enfin, nous réalisons une autre application des ondelettes, dédiée à l'étude des variations temporelles de la pesanteur vues par GRACE, pour l'étude des grands séismes des zones de subduction, notamment celui de Sumatra-Andaman

With the advent of satellite gravity, new datasets of unprecedented precision become available and require the development of efficient methods of representation and analysis in spherical geometry. Wavelets are especially interesting because they allow to merge low resolution, satellite data with local, high resolution data within combined representations, and because they offer possibilities of analysis in a wide range of spatial scales. In this thesis, we develop a program to compute a discrete wavelet representation of the gravity field through a regularized least-squares inversion of gravity data, that we validate on synthetic cases. We present an application to the computation of a new gravity model in French Polynesia, based on a local densification of Grace-derived GGM02S model with satellite altimetry data. We also compute a 35km resolution zoom in a 900 km * 1100 km are around the Marquesas islands : instead of 300 000 spherical harmonics, only 9500 wavelets were necessary. We then analyze and interpret this combined gravity field in order to study the polynesian volcanism. To that aim, we develop a continuous wavelet analysis method using Poisson multipole wavelets, and establish a link between the coefficients of this analysis and the internal distribution of densities. We then show that the gravity signatures of the islands chains considerably vary from one chain to another, revealing different emplacement processes. In particular, we evidence a positive geoid anomaly at large scale associated to the Society islands. This anomaly cannot be explained by the effect to the bathymetry, and illustrates the deep, dynamic support of the Society chain by a convective plume. Lastly, we realize another application of wavelets dedicated to the study of large earthquakes in subduction zones, and especially the Sumatra-Andaman one.