Stage – Modélisation des variations à très grande échelle spatiale du champ de pesanteur

Magellium Artal Group, avec ses 300 collaborateurs, est un acteur indépendant, spécialisé sur la chaîne de valorisation de la donnée de télédétection (du capteur satellite ou drone jusqu’à son utilisation dans les systèmes et les services d’observation de la terre, la cartographie et la Géointelligence) qui promeut la maîtrise des technologies spatiales, du logiciel, du traitement de signal et de la géomatique.

Dans le cadre de ses activités en observation de la Terre, Magellium intervient dans des projets et des études d’observation satellitaire mettant en œuvre des compétences scientifiques dans les domaines de la télédétection, de la physique de la mesure, des corrections atmosphériques ou des algorithmes de restitution des paramètres géophysiques.

Au sein de l’unité observation de la Terre (https://earthobservation.magellium.com/), Magellium développe également des compétences scientifiques en lien avec les laboratoires dans divers domaines applicatifs liés aux grandes problématiques du système Terre, en produisant des données et des études sur les principales variables environnementales à diverses échelles spatiales et temporelles.

Les activités conduisent le plus souvent à effectuer des traitements de données géophysiques, en extraire les principaux signaux d’intérêt pour effectuer des études en partenariat avec les laboratoires scientifiques pertinents sur ces domaines.

En particulier, une expertise forte et spécifique dans le traitement des données d’observation spatiale de la Terre pour l’étude du changement climatique s’est développée depuis plusieurs années, visant à spécifier, générer et valider des indicateurs tels que l’évolution du contenu en chaleur des océans ou encore le déséquilibre énergétique la Terre à partir des données spatiales géodésiques (altimétriques et gravimétriques) :

https://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/ocean-indicators-products/ocean-heat-content-and-earth-energy-imbalance.html

Contexte

Les missions satellitaires GRACE et GRACE-FO permettent de mesurer les variations temporelles du champ de pesanteur terrestre, liées aux redistributions de masse au sein du système Terre. Ces variations sont généralement estimées à une résolution spatiale de quelques centaines de kilomètres et à une résolution temporelle mensuelle.

Toutefois, les satellites, qui orbitent autour du centre de masse de la Terre (géocentre), ne permettent pas de déterminer directement certaines composantes à très grande échelle spatiale du champ de gravité, associées notamment au déplacement du géocentre par rapport au centre de figure de la Terre. Ce mouvement, dont l’amplitude est de l’ordre de quelques millimètres par an doit être pris en compte pour estimer précisément les variations de masse totale de l’océan.

Deux approches principales permettent d’estimer le mouvement du géocentre : les techniques de géodésie spatiale (télémétrie laser, GNSS et satellites en orbite basse), qui mesurent les déplacements de la surface terrestre par rapport au centre de masse, et les méthodes de modélisation, qui exploitent les variations de masse observées à plus petite échelle spatiale. Cette seconde approche présente un intérêt particulier pour l’étude du mouvement du géocentre à des échelles de temps longues (décennales à séculaires), inaccessibles aux méthodes basées sur la géodésie spatiale.

Sujet du stage

L’objectif du stage est de développer et de valider une méthode permettant de modéliser le mouvement du géocentre à partir des variations de masse estimées par GRACE et GRACE-FO.

La méthode reposera sur l’estimation des coefficients manquants du champ de gravité à l’aide d’un système d’équations linéaires, puis sur une procédure itérative visant à reconstituer les variations de masse et à assurer la convergence des estimations. Les solutions actuellement fournies par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) serviront de référence pour valider les résultats obtenus.

Une fois validée, la méthode pourra être adaptée aux produits GRACE et GRACE-FO développés par Magellium, afin d’améliorer la cohérence du champ de gravité reconstitué entre les grandes et les petites échelles spatiales.

Ces travaux contribueront aux activités de Magellium consacrées à la fermeture des bilans du niveau de la mer et de l’énergie. Ils permettront notamment d’évaluer l’impact de la modélisation du géocentre sur le suivi des variations du niveau marin et du contenu thermique des océans, deux indicateurs essentiels de l’évolution du système climatique.