Méthodologies en traitement de données GPS pour les sciences de l'environnement : contributions à l'étude de la mousson en Afrique de l'Ouest

GPS data processing methodologies dor environmental sciences : contributions to the study of West AFrican Monsoon

• Auteur / Autrice : Samuel Nahmani
• Direction : Olivier Bock, Marie-Noëlle Bouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Méthodes physiques en télédétection
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec IGN

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogéologie

Géodésie

Afrique occidentale

Moussons

Mots clés libres

Gps

Géotechnique

Résumé

Le Global Positioning System présente aujourd’hui un grand intérêt dans le domaine de la météorologie et des Sciences de l’Environnement. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement à l’étude du cycle de l’eau en Afrique de l’Ouest, dans le cadre des projets AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) et GHYRAF (Gravité et Hydrologie en Afrique). Dans une première partie, nous analysons la précision des calculs GPS en Afrique. Les Contenus Intégrés en Vapeur d’Eau sont particulièrement importants pour appréhender les processus atmosphériques clefs de la mousson couvrant des périodes subdiurnes à pluriannuelles. Nous prêtons alors une grande attention aux sources d’erreurs et à la stratégie de traitement des données GPS. Un rappel des principaux éléments théoriques nous permet d’identifier les sources d’erreur majeures susceptibles d’affecter ces estimations et d'en quantifier les effets. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons aux estimations de position des stations dans le but de quantifier les déformations de la croûte terrestre induites par l’hydrologie continentale. Nous comparons les estimations GPS à des estimations de surcharge calculées à partir de produits de modèles géophysiques et de données de gravimétrie spatiale GRACE. Les trois jeux de données considérés sont en bon accord concernant l’amplitude annuelle des déformations verticales. Un signal GPS additionnel est toutefois détecté sur les hauteurs des stations GPS AMMA. Il est fortement corrélé avec l'hydrologie locale. Nous expliquons son origine par des mécanismes géotechniques impliquant une séquence de retrait/gonflement des argiles combinée à des effets hydrologiques locaux.

Global Positioning System is now very useful for meteorology and environmental sciences. This thesis focuses on the study of the water cycle in West Africa, as part of AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analyses) and GHYRAF (Gravity and Hydrology in Africa) projects. In the first part, we analyze the precision of GPS solutions in Africa. The Integrated Water Vapour are especially important in understanding the key atmospheric processes of the monsoon from subdiurne to multiyear periods. We pay much attention to sources of errors and the strategy of GPS data processing. A recall of the main theoretical elements allows us to identify the major sources of error that may affect the GPS estimates and we quantify the sensitivity of IWV for each of these sources of error. In the second part, we focus on estimates of station positions in order to quantify crustal deformation caused by continental hydrology. We compare the GPS solutions to estimates calculated from geophysical data and from GRACE space gravimetric data. Through this study, we also evaluate the quality of representation of the seasonal variation of soil moisture in West Africa with hydrological models and GRACE products. The three data sets are rather matching with the annual range of vertical deformations. An additional GPS signal is however detected, on the heights of AMMA GPS stations. The additional GPS signal is strongly correlated with the flooding of the Niger River to nearby stations or piezometric variations of the upper aquifer in Ouagadougou. It would be explained by hydrogeological mechanisms involving a sequence of shrinkage /swelling clays combined with local hydrological effects.