Mouvements verticaux à la surface de la Terre par altimétrie radar embarquée sur satellite, marégraphie et GPS. : un exemple d'application : le Golfe du Mexique

In the context of the current sea level rise, the determination of coastal vertical land motion is crucial for two main reasons. In one hand, tide gauge measurements are affected by vertical displacements and this is a source of uncertainties for the estimation of long-term sea level variations ( those variations are in the order of 1 to 2 mm/yr of sea level rise during the last century according to different authors). On the other hand, coastal subsiding processes could aggravate the effects of sea level rise with rates leading sometimes to 1 cm/yr of relative sea level rise, that is 1 meter over a century, without any acceleration of climatic contribution. This PhD thesis addresses the determination of coastal vertical land movement by GPS and by an original method combining the data from both tide gauge and satellite radar altimetry. The method which is suggested here is based on those of Kuo et al., (2004), repeated and extended by spatio-temporal filtering from EOF analysis of the two kinds of series. The method is applied in the Gulf of Mexico over the period 1950-2009 using the available fifteen tide gauge series of more than 40 years of observations selected from the PSMSL and altimetric series selected from AVISO over the period 1992-2009. The comparison between vertical land movements from the five position time series of the GPS stations collocated at tide gauge locations shows a root mean square error of 0.60 mm/an over the difference , highlighting the high accuracy of the new approach. Beforehand, GPS time series underwent a detailed noise analysis and their associated uncertainties, legitimating the use of GPS series in the correction of tide gauge sea level trends. The uncertainties from GPS vertical velocities are in the order of 0.5 mm/yr which is significantly lower than other analysis of this type. The adjusted method altimetry minus tide gauge presents interesting prospects for the accurate determination of coastal land motion where there are not geodetic measurements.Dans le contexte de la hausse actuelle du niveau marin, la détermination du mouvement vertical à la côte est cruciale pour deux principales raisons. D’une part, parce qu’il est enregistré dans la mesure marégraphique et constitue une source d’incertitude dans l’estimation des variations long terme du niveau marin (suivant les auteurs ces variations sont de l’ordre de 1 à 2 mm/an de montée au cours du siècle passé). Et d’autre part, parce que les processus de subsidence à la côte sont un facteur aggravant des effets de la montée du niveau marin avec parfois des taux qui résultent en une montée relative du niveau marin de l’ordre de 1 cm/an, soit des projections de 1 mètre en un siècle, sans accélération des contributions climatiques actuelles. Cette thèse de doctorat s’attaque à la détermination des mouvements verticaux à la côte par GPS et par une méthode originale de combinaison des données de marégraphie et d’altimétrie radar embarquée sur satellite. La méthode proposée ici est basée sur celle de Kuo et al. (2004), reprise et étendue en appliquant un filtrage spatio-temporel issu de l’analyse EOF des deux types de séries de données. La méthode est appliquée dans le Golfe du Mexique sur la période 1950-2009 en utilisant les quinze séries marégraphiques de plus de 40 ans d’observations disponibles dans la région au PSMSL et les séries altimétriques mises à disposition dans AVISO sur la période 1992-2009. La comparaison avec les mouvements verticaux issus des cinq séries de positions de stations GPS co-localisées avec marégraphes montre un écart moyen quadratique sur les différences de 0.60 mm/an révélant la grande précision de la nouvelle approche. Les séries temporelles GPS ont préalablement fait l’objet d’une analyse poussée du bruit et des incertitudes associées, légitimant l’utilisation des séries GPS dans la correction des tendances du niveau marin obtenues des marégraphes. Les incertitudes obtenues des vitesses verticales GPS sont de l’ordre de 0.5 mm/an ce qui est significativement inférieur à d’autres analyses de ce type. La méthode altimétrie moins marégraphie mise au point offre donc des perspectives intéressantes dans la détermination précise des mouvements verticaux côtiers où il n’existe pas de mesures géodésiques