Mesure des déformations de surface par interférométrie radar satellitaire - Application à la surveillance des territoires de montagne et de l’impact de grands chantiers

Measurement of surface deformations by satellite radar interferometry - Application for monitoring of mountain areas and the impact of large construction site

• Auteur / Autrice : Matthias Jauvin
• Direction : Emmanuel Trouvé, Bénédicte Fruneau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : STIC Traitement de l'Information
• Date : Soutenance en 2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, Systèmes, Traitements de l'Information et de la Connaissance
• Jury : Président / Présidente : Cécile Lasserre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Trouve, Pierre Briole, Daniel Raucoules, Bénédicte Fruneau, Yajing Yan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Briole, Daniel Raucoules

Mots clés

Mots clés libres

Télédétection

InSAR

Géodésie

Déformation

Zone périglaciaire

Grand chantier

Remote sensing

InSAR

Geodesy

Deformation

Periglacial area

Public works

Résumé

Le lancement des satellites radar Sentinel-1A et 1B en avril 2014 et 2016 offre de nouvelles perspectives d’utilisation des images radar à synthèse d'ouverture (SAR), notamment pour le suivi des petits déplacements par interférométrie (InSAR). La stratégie d’acquisition systématique et le libre accès aux données Sentinel permettent d’envisager leur utilisation pour des applications qui étaient jusque-là restreintes par les limites spatiales et temporelles des précédentes générations de satellites radar (couverture limitée, coût important). L’objectif de la thèse est de déterminer les potentiels et limites d’utilisation des images Sentinel-1 et d’adapter les méthodes d’interférométrie radar en fonction des particularités de ces nouvelles données afin de mesurer les déformations de surface dans les contextes de la surveillance des territoires de montagne et du suivi des grands chantiers. Le suivi des déformations de surface représente un effort important dans la gestion des territoires de montagne, notamment pour améliorer la compréhension des phénomènes géophysiques qui les impactent. Parmi les différentes opportunités offertes par le temps de revisite réduit de la constellation Sentinel-1, le suivi des glaciers et des zones récemment désenglacées soulève un grand intérêt pour la communauté scientifique. Des premiers travaux ont été engagés dans cette thèse sur le cas particulier des glaciers de la vallée de Chamonix. Malgré l’identification de conditions favorables à l’application de l’InSAR, ces résultats ont montré que les limites de l'interférométrie étaient atteintes pour ces objets affectés par une décorrelation rapide. En revanche, le maintien de la cohérence à proximité de ces glaciers, dans le milieu périglaciaire, au cours des périodes dépourvues de neige permet d’envisager un suivi des instabilités. Le suivi de ce milieu potentiellement à risque a été examiné en ayant recours à l’usage de coins réflecteurs et à des méthodes multi-temporelles adaptées. Ces travaux ont permis de définir leur capacité d’utilisation avec les images Sentinel-1 dans un contexte de suivi de déplacements en territoire de montagne. Les grands travaux tels que la réalisation de tunnel en milieu urbain font l’objet de suivis précis, en particulier lorsque ces derniers sont réalisés dans des zones critiques densément construites. Malgré l’amélioration des techniques employées, certaines interventions géotechniques effectuées au cours de projets comme celui du Grand Paris peuvent engendrer des déformations en surface. Les méthodes traditionnelles d'auscultation terrestre apportent une solution de suivi en temps réel mais souffrent d’une couverture spatiale réduite. Le cofinancement de la thèse par des acteurs de la topographie de précision a offert la possibilité d’appliquer les méthodes d’InSAR à un niveau opérationnel. Les mesures réalisées à partir des données Sentinel-1 ont pu être comparées à des mesures terrestres, permettant d’estimer la précision de la mesure de vitesses de déplacement en milieu urbain. Ces travaux ont permis de valider les possibilités offertes par les données Sentinel-1 pour suivre à grande échelle et de façon régulière des phénomènes transitoires liés aux travaux souterrains.

The launch of the Sentinel-1A and 1B radar satellites in April 2014 and 2016 offers new perspectives for SAR applications, especially for small deformation monitoring. Systematic acquisition strategy and open access to Sentinel data allow their use for applications that were restricted before by the spatial and temporal limitations of previous generations of radar satellites (limited coverage, high cost). The aim of this thesis is to determine the potential and the limitations of Sentinel-1 data, and to adapt the methods of radar interferometry according to the particularities of these new data, in order to measure ground deformation in the contexts of mountain area and public work monitoring The monitoring of surface deformations represents an important effort in the management of mountain territories, in particular to improve the understanding of the geophysical phenomena that impact them. Among the various opportunities offered by the reduced revisit time of the Sentinel-1 constellation, the tracking of glaciers and areas exposed to ice melt is of great interest for the scientific community. Despite the identification of favorable conditions for the application of InSAR, results on small glaciers in the Chamonix Valley showed that the limits of DInSAR methods were reached for these objects affected by rapid decorrelation. On the other hand, the maintenance of the coherence near these glaciers in the periglacial environment during periods free of snow makes it possible to estimate the instabilities. The monitoring of this potentially unstable environment has been investigated with help of corner reflectors (CR) and an adapted multi-temporal method. This work allowed defining the potential of using CR with Sentinel-1 images for the monitoring of mountainous areas Major public works such as the construction of tunnels in urban areas require precise monitoring, especially when they are carried out in densely built areas. Despite of the improvement of the construction techniques, some geotechnical operations carried out during the project such as the “Grand Paris'' project can generate surface deformations. Traditional topographic monitoring methods provide a real-time monitoring solution but suffer from reduced spatial coverage. The co-funding of this thesis by topographic survey companies offered the possibility to apply the InSAR methods at an operational level. Displacement measurements obtained from Sentinel-1 data have been compared to the topographic measurements, allowing for the estimation of the deformation rate accuracy in urban areas. This work validates the possibilities offered by Sentinel-1 data for large-scale and regular monitoring of surface displacement related to underground works.