Study of Earth global rheological properties through VLBI observation

Depuis le début du vingtième siècle, l’observation des variations de rotation de la Terre par les techniques astro-géodésiques permet de dévoiler les propriétés rhéologiques globales de la Terre. En particulier, les paramètres des modes d'oscillation libre de l'axe de rotation, qui sont aussi des paramètres de résonance - reflètent les défauts d'élasticité de la Terre solide, la réponse de l’océan au forçage externe et les propriétés de la graine fluide, éventuellement du noyau solide. On peut obtenir de meilleures contraintes sur ces paramètres de résonance en confrontant le mouvement terrestre du pôle de rotation observé (mouvement du pôle) – et aussi la nutation en tant que mouvement du pôle en rétrograde diurne - à l’excitation modélisée qui le produit. Les propriétés rhéologiques de la Terre sont d'autant mieux déterminées que le mouvement du pôle (y compris dans la bande diurne) est observé précisément et l’excitation modélisée correctement. A l'heure actuelle, si la précision du mouvement du pôle est légèrement meilleure au delà de 2 jours, la meilleure reconstitution du forçage concerne la bande de nutation (la bande rétrograde diurne), car il est procède alors des marées gravimétriques luni-solaires, lesquelles sont modélisées avec une grande précision). C'est pourquoi notre travail est d'abord consacré à l'ajustement direct des composantes luni-solaires périodiques de la nutation à partir des retards du VLBI, puis à l'estimation des paramètres de résonances dans la fonction de transfert entre ces termes de nutation observés et ceux modélisés pour une terre rigide, lesquels reflètent le forçage luni-solaire. Les résultats obtenus confirme notamment le raccourcissement d’environ 40-50 jours de la période de résonance du mouvement du pôle dans la bande rétrograde diurne. Nous montrons comment cette diminution s'explique par la réponse dynamique des océans à la marée du pôle, laquelle est étudiée à l'aune des modèles de marées océaniques diurnes . Nous prédisons également un changement des paramètres de résonance du mouvement du pôle à proximité de la fréquence de résonance de la nutation libre du noyau; cette modification semble confirmée par la détermination de ces paramètres à partir des termes de nutation. Notre étude des paramètres de résonance s'étend au delà de la bande de nutation. D'une part, nous réexaminons l’estimation des paramètres de résonance du mouvement du pôle dans la bande saisonnière, dominée par l’oscillation de Chandler, en utilisant les derniers modèles hydro-atmosphériques. D'autre part, nous étudions la résonance du mouvement du pôle à la bande prograde diurne, où l’excitation est dominée par la marée océanique. Nous obtenons une période de résonance de l’ordre de 393 jours, corroboré par notre modélisation fondée sur les modèles de marée océanique. L'ensemble des résultats obtenus permet d'apporter des contraintes sur la dépendance en fréquence du nombre de Love et du nombre de Love océanique caractérisant respectivement la réponse de la Terre solide et des océans à un potentiel externe de degré 2.Since the beginning of the 20th century, the observation of the Earth rotation variations through astro-geodetic techniques enables to investigate the global rheological properties of the Earth, in particular, the resonance parameters of the free rotation modes reflect the solid Earth anelasticity, the ocean response to an external forcing, and the properties of the fluid inner core, eventually of the solid inner core. Better constraints on these resonance parameters can be obtained by confronting the observed terrestrial motion of the rotation pole (the so-called polar motion) - including nutation as a retrograde diurnal polar motion - to the modelled excitation producing it. The more precise the modelled excitation and the observed polar motion are, the better the Earth rheological properties will be determined. For now, the best precision are reached in the nutation band. So, our work is first dedicated to a direct adjustment of the nutation components from VLBI delays, then the adjustment of the resonance parameters in the transfer function between the observed nutation terms and the corresponding rigid nutation terms that reflects the luni-solar forcing. The obtained resonance parameters confirms in particular the shortening of the polar motion resonance period of about 40 - 50 day in the retrograde diurnal band. Then, we show that the dynamical behaviour of the oceans in the diurnal band is mostly responsible for that. We also predicted a supplementary change of the resonance parameters in the vicinity of the free core nutation resonance, as expected from the solid Earth response, and confirmed by the adjustment of these parameters through the nutation terms. In addition to the nutation band, we revisit the estimation of the polar motion resonance parameters in the seasonal band, dominated by the Chandler wobble, in light of the most recent global circulation models of the hydro-atmospheric layers. Finally, we extend the investigation of polar motion resonance to the prograde diurnal polar motion, where the excitations mostly result from the ocean tides. We obtain a resonance period of about 393 days, and confirmed by our prediction based on the ocean tidal models. These results allow us to impose constraints on the frequency dependence of the body Love number and the Love number oceanic, characterizing respectively the response of the solid Earth and the oceans to an external potential of degree 2