Précision du contexte de l’étude

2.2.1.1 ‘Sea level Enigma’ (Munk, 2002)

Le troisième rapport du GIEC en 2001 réunit les différentes contributions à la tendance du niveau marin global sur la période du XX^ème siècle, Figure 1.3, Partie 1, Section1.1.2. La somme des différentes contributions climatiques est évaluée à 0.7 ≤ 1.5 mm/an, soit près de la moitié de la valeur observée à partir d’enregistrements marégraphiques (1.5 ≤ 0.5 mm/an). Ce facteur deux entre les valeurs centrales est appelé « sea level enigma » par Munk (2002). C’est un problème d’attribution. Il exprime soit une sous-estimation des différentes contributions soit une surestimation des observations. Il dérange aussi car il pose la question de l’origine de la contribution manquante à la montée du niveau marin observée, et il remet en question la capacité des modèles à prédire les variations futures alors que les variations passées ne sont pas reproduites correctement.

Le quatrième rapport du GIEC en 2007, revoit et met à jour les différentes valeurs à partir de données sur les périodes 1963-2003 et 1993-2003, Figure 1.4, Partie 1, Section1.1.2. Le facteur deux semble avoir disparu, mais la différence entre contributions climatiques et observations directes du niveau de la mer reste de 0.7 mm/an, pour la période 1963-2003. Elle n’est cependant plus que de 0.3 mm/an sur la période altimétrique 1993-2003. L’ère moderne correspondant à l’altimétrie radar embarquée sur satellite semble alors apporter les données suffisantes pour résoudre ce paradoxe. Il est par conséquent possible que l’origine de cette différence provienne de la détermination à partir des observations des marégraphes.

Les problèmes liés à ce type d’observation (marégraphes) ont été revus dans le chapitre précédent. L’échantillonnage spatio-temporel fait débat avec les défenseurs de l’hypothèse qu’un sous-ensemble de stations réduit mais présentant des séries temporelles longues et de grande qualité suffirait. Leur argument s’appuie sur les corrélations spatiales observées, d’autant plus importantes que les signaux sont de longue période. Leur problème se réduirait alors à la correction des mouvements verticaux aux marégraphes. Douglas (2001) est le principal défenseur de cette approche. De précédentes études, et en particulier celle de Douglas & Peltier, (2001) (Chapitres 3 et 4) ont ainsi tenté de répondre à ce défi en corrigeant la mesure marégraphique du mouvement vertical grâce aux prédictions d’un modèle de GIA sur 27 stations réparties dans 10 régions différentes du monde. La valeur globale qu’ils obtiennent est de 1.84 ± 0.35 mm/an. Elle se situe en dehors la barre d’erreur de la somme des contributions (1.1 ± 0.5 mm/an) du quatrième rapport du GIEC (Church et al., 2001).

Etant donné les compétences de l’équipe de l’université de La Rochelle, c’est sur cet aspect du problème d’attribution que nous nous sommes attaqués, dans la partie observation, la correction des mouvements verticaux. Notre objectif était d’examiner l’apport de vitesses

verticales GPS obtenues avec le plus grand soin possible, et de valider leur apport en reproduisant le même exercice que Douglas & Peltier (2001). Notre équipe avait déjà publié des premiers résultats encourageants quant à la résolution du problème d’attribution par des données GPS (Wöppelmann et al., 2007). La valeur globale obtenue après correction était de 1.31 ± 0.30 mm/an. Cette étude a aussi montré que la correction des tendances verticales sur les mesures marégraphiques améliorait la cohérence des tendances du niveau marin entre les différentes séries marégraphiques d’une même région. Une revue critique des erreurs sur les vitesses GPS qui avaient été utilisées (formelles) devenait cependant indispensable.

Le challenge de cette partie qui m’a été confiée en début de thèse était d’évaluer le niveau de confiance que nous pouvions accorder aux résultats GPS du centre d’analyses ULR à partir d’une analyse rigoureuse du bruit contenu dans les séries temporelles de position, et de permettre à notre équipe de réitérer l’exercice de Douglas & Peltier (2001) avec une solution GPS étendue de trois ans. Une détermination la plus réaliste possible des incertitudes sur les vitesses verticales GPS était par ailleurs indispensable dans mes travaux ultérieurs pour évaluer la méthode que je développe dans la troisième partie.

2.2.1.2 Projet TIGA de l’IGS

Cette recherche s’inscrit dans le cadre du Projet pilote TIGA (Tide Gauge, marégraphe en anglais) établi par l’IGS en 2001, et qui tente de répondre à la demande du groupe d’experts du programme mondial d’observation du niveau de la mer GLOSS (Global Sea Level Observing System, http://www.gloss-sealevel.org/). L’objectif de TIGA est d’apporter l’infrastructure de type observatoire de recherche nécessaire à la surveillance géodésique des marégraphes. Les principales composantes identifiées dans cette infrastructure sont : (i) des stations opérationnelles couplées marégraphe - GPS, (ii) des centres de données spécialisés, (iii) des centres de traitement des mesures GPS orientés vers le rattachement et la surveillance géodésiques des marégraphes, (iv) des centres de validation et d’évaluation des résultats par inter-comparaisons. Plus de détails sur l’origine du projet, son organisation et ses composantes peuvent être trouvés sur le site http://adsc.gfz-potsdam.de/tiga/index_TIGA.html

ou encore dans Wöppelmann et al., (2004), Wöppelmann et al., (2004), et plus récemment dans Schöne et al., (2009).

Six centres d’analyses des mesures GPS participent au projet TIGA : l’Australian Surveying & Land Information Group, l’AUT ; le regroupement d’universités australiennes, à savoir de The Australian National University (A), The University of Tasmania (T), The University of Canberra (C), identifié sous le sigle CTA ; l’EUREF Subcommission, l’ETG ; le Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, le DGF ;, le GeoForschungsZentrum Potsdam, le GFZ ; et le consortium de l’Université de La Rochelle, ULR, regroupant les laboratoires LIENSs de l’Université de la Rochelle et du CNRS (UMR 6250) et LAREG de l’IGN. La Figure 2.1 montre le réseau de stations GPS que chacun des centres d’analyses traite.

Parmi les objectifs spécifiques de TIGA figurent de pouvoir fournir des séries temporelles de position GPS sur les sites des stations marégraphiques et d’en extraire une tendance verticale meilleure que le millimètre par an.

Figure 2.1: Les différents réseaux de stations GPS participant au projet TIGA (Mise à jour 2009).

L’université de La Rochelle a coordonné une réponse à l’appel à participation de l’IGS par une proposition conjointe avec les équipes de recherche intéressées de l’ENS, de l’IGN et du SHOM. Cette proposition a été revue par les experts de l’IGS et jugée très favorablement en novembre 2001. Elle rentre dans la logique du système d’observation SONEL e

les trois premières composantes de TIGA. Outre le centre d’analyses ULR mentionné plus haut, la proposition comprend

- Six stations d’observations couplées GPS (IGN/SHOM), Dumont d’Urville (ENS/IGN), Rochelle/SHOM), Marseille (IGN), et Saint Jean

françaises devraient y participer à terme, en particulier Papeete, Nouméa et Kerguelen. - Un centre de données spécialisé, que le laboratoire

de la Rochelle, intégré dans la structure de SONEL. Il a initialement été construit avec le concours de l’IGN dont l’expérience dans la collecte, l’échange et la diffusion de données GPS est reconnue. L’IGN gère en effet

depuis l’origine de l’IGS en 1992. Aujourd’hui, c’est avec l’appui du Centre de Ressources Informatiques de l’Université qu’il fonctionne.

Parmi les six centres d’analyses GPS, seuls l’ULR et le GFZ

stratégie d’analyse globale des mesures GPS. Les analyses en réseaux de stations régionaux présentent de nombreux défauts, dont l’impossibilité de recalculer des orbites précises nécessaires à l’obtention des meilleurs résultat

stations. Legrand et al., (2010) illustrent les limites

es différents réseaux de stations GPS traités par les centres d’analyses (Mise à jour 2009).

L’université de La Rochelle a coordonné une réponse à l’appel à participation de l’IGS par proposition conjointe avec les équipes de recherche intéressées de l’ENS, de l’IGN et du SHOM. Cette proposition a été revue par les experts de l’IGS et jugée très favorablement en novembre 2001. Elle rentre dans la logique du système d’observation SONEL e

les trois premières composantes de TIGA. Outre le centre d’analyses ULR mentionné plus :

Six stations d’observations couplées GPS-marégraphe : Ajaccio (IGN/SHOM), Brest (IGN/SHOM), Dumont d’Urville (ENS/IGN), La Rochelle (Université de La Rochelle/SHOM), Marseille (IGN), et Saint Jean-de-Luz (IGN/SHOM). D’autres stations françaises devraient y participer à terme, en particulier Papeete, Nouméa et Kerguelen.

Un centre de données spécialisé, que le laboratoire LIENSs met en place à l’université de la Rochelle, intégré dans la structure de SONEL. Il a initialement été construit avec le concours de l’IGN dont l’expérience dans la collecte, l’échange et la diffusion de données GPS est reconnue. L’IGN gère en effet l’un des quatre centres globaux de l’IGS, opérationnel depuis l’origine de l’IGS en 1992. Aujourd’hui, c’est avec l’appui du Centre de Ressources Informatiques de l’Université qu’il fonctionne.

centres d’analyses GPS, seuls l’ULR et le GFZ déployaient initialement une stratégie d’analyse globale des mesures GPS. Les analyses en réseaux de stations régionaux présentent de nombreux défauts, dont l’impossibilité de recalculer des orbites précises nécessaires à l’obtention des meilleurs résultats possibles sur les positions et les vitesses des (2010) illustrent les limites des stratégies régionales face aux

es centres d’analyses

L’université de La Rochelle a coordonné une réponse à l’appel à participation de l’IGS par proposition conjointe avec les équipes de recherche intéressées de l’ENS, de l’IGN et du SHOM. Cette proposition a été revue par les experts de l’IGS et jugée très favorablement en novembre 2001. Elle rentre dans la logique du système d’observation SONEL et se situe dans les trois premières composantes de TIGA. Outre le centre d’analyses ULR mentionné plus : Ajaccio (IGN/SHOM), Brest La Rochelle (Université de La Luz (IGN/SHOM). D’autres stations françaises devraient y participer à terme, en particulier Papeete, Nouméa et Kerguelen.

LIENSs met en place à l’université de la Rochelle, intégré dans la structure de SONEL. Il a initialement été construit avec le concours de l’IGN dont l’expérience dans la collecte, l’échange et la diffusion de données l’un des quatre centres globaux de l’IGS, opérationnel depuis l’origine de l’IGS en 1992. Aujourd’hui, c’est avec l’appui du Centre de Ressources

déployaient initialement une stratégie d’analyse globale des mesures GPS. Les analyses en réseaux de stations régionaux présentent de nombreux défauts, dont l’impossibilité de recalculer des orbites précises s possibles sur les positions et les vitesses des des stratégies régionales face aux

stratégies d’analyse globales dans le cas de l’Europe. Nahmani et al., (2009) confirment ces résultats en Afrique. Un troisième centre d’analyses TIGA, le consortium d’universités australiennes rebaptisé sous l’acronyme ANU, a ainsi récemment étendu son réseau de stations à l’échelle globale (Figure 2.1).

2.2.1.3 Centre d’analyses ULR

Figure 2.2: Réseau de stations GPS traité par le centre d’analyses ULR dans la solution publiée en 2009 (Wöppelmann et al., 2009). Les points noirs correspondent aux stations

dites de référence pour l’alignement au repère terrestre.

Un centre de traitement des mesures GPS complète naturellement le centre de données TIGA de l’ULR (composante GPS de SONEL). Il s’est établi avec le concours des chercheurs du laboratoire LAREG de l’IGN qui ont une expérience des traitements GPS en réseaux régionaux et continentaux. Le centre d’analyses ULR dont l’infrastructure de calcul se trouve à l’université de La Rochelle s’appuie aujourd’hui sur un cluster de 128 cœurs de calcul acquis en 2008. Il a permis de réduire les temps de calcul de manière très significative, passant de 1 an à 2-3 semaines pour traiter 10 ans d’observations GPS d’un réseau global de quelques 200 stations. La Figure 2.2 correspond au réseau de 225 stations analysées dans Wöppelmann et al., (2009) pour lequel près de un an de calculs a été nécessaire pour traiter les dix ans d’observation de 1997 à 2007, alors que le même réseau et observations étaient traitées en 2-3 semaines avec la nouvelle infrastructure. La nouvelle puissance de calcul disponible à l’ULR ouvre donc de très importantes perspectives d’expérimentation (nouvelles stratégies, modélisations, corrections). En particulier, elle a permis au groupe ULR de concourir en 2009-2010 avec les neuf plus prestigieux groupes du domaine du spatial à la

élaborée dans le cadre de la thèse de doctorat de Alvaro Santamaria-Gomez (plus de détails dans http://acc.igs.org/reprocess.html).