Vers une meilleure exploitation de l’altimétrie côtière : apports combinés de la modélisation hydrodynamique à haute-résolution et des nouvelles techniques de cartographie du niveau marin par GNSS

Towards a better use of coastal altimetry : contributions of hydrodynamic modelling and new GNSS techniques

• Auteur / Autrice : Yann-Treden Tranchant
• Direction : Valérie Ballu, Laurent Testut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, Enveloppes fluides
• Date : Soutenance le 28/02/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral, Environnement et Sociétés (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Melanie Becker
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Ballu, Laurent Testut, Melanie Becker, Benoît Laignel, Benoit Legresy, Pascal Bonnefond, Denis Bourras, Fabien Durand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoît Laignel, Benoit Legresy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Littoraux -- France

Mer

Drones

Localisation par satellites, Systèmes de

Mesure

Mer -- Niveau

Mots clés libres

Altimétrie côtière

Modélisation hydrodynamique

GNSS

Drone marin

Coastal altimetry

Hydrodynamic modelling

GNSS

Marine drone

Résumé

La mesure du niveau de la mer par satellite a atteint un niveau sans précédent en termes de précision et de couverture spatio-temporelle. Ces observations nous ont permis d'améliorer notre compréhension de la dynamique à grande échelle des océans, mais leur exploitation reste un défi à l’approche de la côte, où les incertitudes liées à la marée océanique et aux fines échelles du géoïde sont plus importantes. L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles méthodologies s’appuyant sur les mesures mobiles du niveau de la mer par GNSS et la modélisation hydrodynamique afin de mieux exploiter les mesures altimétriques côtière et de préparer l’arrivée des futures missions. Lors d’une campagne menée avec le drone marin PAMELi en Juillet 2020 dans les Pertuis Charentais, une cartographie du niveau marin est réalisée le long d’un itinéraire préprogrammé. Cette cartographie est exploitée afin d’évaluer un modèle de marée sous une trace altimétrique, et démontrer le potentiel d’un drone pour étendre spatialement nos capacités de validation. Par la suite, on estime les pentes de géoïde dans la zone à partir du même jeu de données, en combinant mesures in-situ et modèle hydrodynamique. On montre que la modélisation des gradients de topographie dynamique permet d’améliorer la précision de la cartographie des pentes de géoïde. Ces deux études exploitent une méthodologie basée sur les différences aux points de croisement, et offrent des perspectives sur l'utilisation des drones marins dans le contexte de la future mission SWOT. Enfin, on présente une méthode de prédiction du trait de côte basée sur l’utilisation d’un MNT et du modèle hydrodynamique, appliquée aux passage Sentinel-3A afin d’évaluer l’impact des bancs découvrant sur la mesure altimétrique. Dans leur ensemble, ces travaux constituent un socle méthodologique qui permettra de mieux comprendre et utiliser les mesures altimétriques dans les environnements côtiers, et préparer l’arrivée de la future mission SWOT.

Satellite altimetry has recently reached an unprecedented level of accuracy and coverage. Although altimeters were originally designed to observe the oceans and have improved our understanding of their large-scale dynamics, the exploitation in coastal areas remains a challenge. One of the challenges of coastal altimetry remains the lack of precision in geophysical corrections, which are essential to compute accurate sea level anomalies near the coast. The main objective of this thesis is to develop new methodologies based on mobile sea level GNSS measurements and hydrodynamic modelling in order to better exploit altimetry measurements in coastal environments and to prepare the arrival of future missions. During a campaign carried out with the PAMELi marine drone in July 2020 in the Pertuis Charentais, a sea-level cartography was carried out along a pre-programmed route. In a first study, this cartography is used to assess a tidal model under an altimetric pass, and thus demonstrate the potential of a drone to extend spatially our validation capabilities. Then, the same dataset is used to estimate the geoid slopes in the region, by combining in-situ measurements and the hydrodynamic model. We show that the use of our model to correct the dynamic topography gradients improves drastically the coherence and the accuracy of geoid slopes. These two studies exploit a methodology based on crossover height differences, and offer perspectives on the use of autonomous platforms in the context of the future SWOT mission. In a last chapter, a coastline prediction method based on the use of a DEM and the hydrodynamic model is presented, and applied to Sentinel-3A passages in order to evaluate the impact of intertidal areas on altimeter measurements. This overall thesis work provides methodological insights for a better understanding and exploitation of altimetry measurements in coastal environments, and will help to prepare the scientific exploitation of the future SWOT mission.