Modélisation des champs de potentiel géomagnétisme et gravimétrie

L‘équipe est impliquée dans la production de modèles de champ géomagnétique de référence (IGRF), qui combinent les mesures sol, aéroportées et satellitaires. Ces modèles couvrent les bas degrés du développement en harmoniques sphériques du champ magnétique terrestre et décrivent le comportement du champ magnétique terrestre issu du noyau externe liquide. Même si la cohérence entre données et modèles est avérée, la modélisation du champ interne ne se fait qu’avec la « soustraction » préalable de l’influence des champs externes. L’élaboration d’outils de discrimination des champs interne et externe comme les indices géomagnétiques, est également un thème scientifique développé au sein de l'équipe.

La mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) lancée en 2002 a permis la détermination des variations temporelles du champ de pesanteur avec des résolutions spatiale et temporelle sans précédent. Le développement de solutions localisées (mascon) au sein du Goddard Space Flight Center (GSFC) a été faite en collaboration avec l’ITES. Cette collaboration se poursuit dans le cadre de la mission GRACE-Follow-On lancée en 2017.

L'équipe est experte dans la modélisation des charges globales induites par les couches fluides superficielles : effets d’attraction Newtonienne et déformations élastiques induits par les fluctuations des masses de l’atmosphère, des océans, des eaux continentales et des glaciers.  La thématique hydro-gravimétrique est un axe fort avec le but de mieux estimer les variations de gravité associées aux redistributions des masses d’eau dans le sous-sol (zone vadose et aquifères plus profonds). Une combinaison optimale des instruments disponibles en gravimétrie (gravimètres supraconducteur, absolu et micro-gravimètre mécanique), "gravimétrie hybride", a ainsi été développée. Un effort est actuellement porté sur la mesure des variations de masse de glace liées aux changements climatiques, en particulier par les méthodes géodésiques (InSAR, GPS, VLBI) et gravimétriques (sol et satellite). Les mesures portent sur la fonte des glaces actuelles, les variations de taux d’écoulements, et sur le rebond post-glaciaire. Les chantiers choisis couvrent les calottes polaires Antarctique (en particulier le long de la Péninsule Antarctique) et Groenlandaise, ainsi que le Svalbard.

Nous avons également mis en avant ces dernières années le concept de "gravimétrie hybride" qui consiste à utiliser sur le même objet d’étude (bassin versant en hydrologie, réservoir géothermique, zone de fonte de glace, etc.) plusieurs types de gravimètres (absolu, relatifs mécanique et supraconducteur) pour permettre une observation optimale des variations spatio-temporelles de gravité. Nous poursuivrons dans cette voie sur l’ensemble de nos projets futurs.

En complément des mesures de gravité au sol, nous analysons les variations temporelles du champ de pesanteur déduites des missions GRACE et GRACE-FO. Des études d’inter-comparaison entre les mesures sol et spatiales en Europe, en utilisant le réseau dense de gravimètres supraconducteurs du réseau IGETS, mais également en Afrique en zone désertique notamment (test ‘zéro’) ont été effectuées. Les mesures de pesanteur sont utilisées dans un contexte élargi afin de mieux comprendre certains phénomènes d’érosion-sédimentation ou, dans une version ‘time-lapse’, pour le suivi d’objets comme les réservoirs géothermaux (Soultz-sous-Forêt), les sites de stockage de CO2 ou de déchets radioactifs (Bure). L'étude d’une très longue série (plus de 25 ans) de variations de pesanteur à Strasbourg permet de mieux comprendre la stabilité de la réponse de la Terre aux marées et d’apporter des contraintes sur ses propriétés anélastiques.

Les satellites dédiés à l'étude des champs géopotentiels, comme ceux de la mission européenne SWARM (lancé en 2012), fournissent un nombre toujours croissant de données. Il apparaît nécessaire de développer de nouvelles techniques mathématiques permettant d'utiliser ces données dans des modélisations. En effet, nous projetons de « pré-traiter » les données d'une manière compacte et raisonnable. En tirant avantage du fait que les champs à modéliser ont des comportements relativement homogènes le long des orbites aux altitudes satellitaires, nous envisageons de poursuivre et valider nos études sur les compressions mathématiques de données par les développements multipolaires locaux aux altitudes satellitaires (Minchev et al., 2009).