Traitement des données

6.2.3.1. Corrections des effets géophysiques

Pour étudier les variations de gravité dues { l’hydrologie, les mesures doivent être corrigées des autres effets dynamiques affectant significativement la gravité sur une période de quelques heures (durée d’une boucle). Nous corrigeons les données CG5 de la marée solide (paramètres WDD du modèle Tsoft: Van Camp & Vauterin, 2005), de la surcharge océanique (modèle FES2004: Lyard et al., 2006), et des variations de pression atmosphérique (mesures in situ & admittance de -3 nm s-2 hPa-1). Les effets liés { l’hydrologie globale (chapitres 4 & 5) et au mouvement du pôle (section 3.1.1.3) sont négligeables (< 1 nm s-2) sur une période de quelques heures.

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Pour réduire le niveau de bruit dans les mesures de microgravimétrie, seules les mesures jugées de bonne qualité sont conservées dans le jeu de données. Les mesures répondant aux caractéristiques suivantes sont systématiquement ôtées du jeu de données:

i. la mesure dévie de plus de 50 nm s-2 par rapport à la valeur moyenne,

ii. l’écart type de la mesure est supérieur à 200 nm s-2 (une mesure est la moyenne de 60 acquisitions sur lesquelles un écart type est calculé),

iii. l’inclinaison de la mesure est supérieure à 10 arcsec,

iv. la température interne dévie de plus de 0.2 mK par rapport à la valeur moyenne, v. la dérive est de plus de 10 nm s-2 par minute.

Si 3 mesures successives ne peuvent être conservées, la station est retirée du jeu de donnée. Si ces critères de qualité ne sont pas respectés à la station de référence, la boucle est retirée du jeu de données. Un exemple de données CG5 est donné dans la figure 6.1. Nous indiquons les mesures conservées en vert et les mesures rejetées en rouge. Le nombre de boucles sélectionnées par station et par semaine est indiqué dans le tableau 6.2. Par la suite, si nous ne précisons pas explicitement le contraire, nous parlerons uniquement des données CG5 sélectionnées.

6.2.3.3. Calibration

Relier les tensions de contre-réaction mesurées à une valeur de gravité requiert une calibration intégrée par Scintrex dans le logiciel du gravimètre (section 3.1.1.2). Pour détecter des variations de la gravite de faible amplitude sur une longue période de temps, cette calibration doit être corrigée (e.g. Budetta & Carbone, 1997; Debeglia & Dupont, 2002). Les constantes de calibration des CG5 #167 et #424 ont donc été mises à jour avec une précision de 10-4 en juin 2009, sur la ligne d’étalonnage du mont Aigoual située dans la région de Montpellier (e.g. Jacob et al., 2010).

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Figure 6.1 Exemple de sélection d’une boucle de mesures. Les mesures rejetées de la station 1 sont rayées en rouge, les mesures sélectionnées des stations 2 et 3 sont entourées d’un rectangle vert, la station 4 est rejetée de la boucle et les mesures des stations 5 et 1 sont conservées telles quelles. Nous rappelons qu’1 mGal égale 10 -5 m s-2 soit 104 nm s-2.

Campagne Dates _{« Est-Ouest »} ^{Boucle 1} _{« Plateau »} ^{Boucle 2 Boucle 3} _{« Sud »} ^{Boucle 4} _{« Nord »} ^{Boucle 5} _{« Mare »}

1 7 - 10 Jul. 4 3 4 4 0 2 13 - 16 Jul. 3 3 3 4 3 3 20 - 23 Jul. 3 4 4 3 1 4 28 - 30 Jul. 3 4 4 4 2 5 3 - 7 Aug. 3 2 4 4 0 6 11 - 13 Aug. 4 4 4 3 0 7 17 - 20 Aug. 3 4 3 3 0 8 24 - 27 Aug. 4 4 3 4 2 9 2 - 4 Sep. 4 4 4 3 2 10 7 - 9 Sep. 3 4 4 4 1 11 14 - 17 Sep. 4 3 4 3 3 12 21 - 24 Sep. 4 3 3 4 3

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6.2.3.4. Compensation de la dérive instrumentale

Les mesures de la gravité doivent ensuite être corrigées de la dérive instrumentale inhérente aux gravimètres relatifs à ressort. Dans cette étude, nous corrigeons les mesures de gravité d’une dérive linéaire dans le temps calculée par ajustement aux moindres carrés grâce au logiciel MCGRAVI (Beilin, 2006). La base théorique de la méthode d’inversion est donnée dans Hwang et al., 2002. Le logiciel MCGRAVI dispose de différentes fonctionnalités permettant par exemple d’intégrer des mesures de gravimétrie absolue { l’inversion, d’ajouter une erreur quadratique sur les données ou encore de considérer une dérive en température. Les étapes suivies pour estimer les variations de gravité compensées de la dérive peuvent être résumées ainsi :

i. Les mesures réalisées lors de chaque campagne sont traitées d’une dérive linéaire dans le temps, de façon à obtenir une valeur de la variation de gravité par rapport à la station de référence par site et par semaine. Une valeur relative de la gravité est donc le résultat de l’ajustement de plusieurs boucles de mesure (au maximum 4: voir tableau 6.2). ii. Dans notre cas, nous ne disposons que de deux mesures de gravimétrie absolue réalisées

à la station de référence { quelques jours d’intervalle en septembre 2009. Cette fréquence de mesure ne nous permet pas d’estimer les variations de gravité à la station de référence. Nous fixons donc arbitrairement la valeur de la gravité à la station de référence à 0 pour chaque campagne de mesure. La valeur de la gravité à une station et un temps donnés n’a donc aucune signification géophysique. Seules les variations de gravité par rapport à la station de référence peuvent être interprétées.

iii. Pour tenir compte d’erreurs systématiques, un écart type de 50 nm s-2 est ajouté quadratiquement sur les données avant l’inversion (e.g. Jacob et al., 2010).

iv. Comme pour notre site d’étude, la température externe varie d’environ 20°C par jour, il est justifié de se demander si une dérive en température doit être appliquée. Pour cela nous avons calculé les corrélations entre les variations de gravité mesurées et les variations de température interne. La figure 6.2 indique qu’il n’y a pas de corrélation entre les données CG5 et les variations de température interne de l’appareil. Nous n’appliquerons donc pas de dérive en température pour notre étude.

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Figure 6.2 Corrélation des variations de gravité avec les variations de température interne. Chaque point représente une mesure de 60 s réalisée { une station donnée et un temps donné. L’ensemble des mesures réalisées sur les stations aval pendant la campagne de mesure est représenté.

Avec ce protocole de traitement, une valeur relative de la gravité est le résultat de l’ajustement de plusieurs boucles de mesure (au maximum 4: tableau 6.2). Ce choix suppose que les variations temporelles de la gravité sont négligeables entre deux répétitions d’une même boucle. Toutefois, des évènements pluvieux ont parfois été enregistrés entre deux répétitions. Nous avons donc considéré un traitement test, consistant à séparer les boucles d’une même campagne entre lesquelles il a plu. De la sorte deux valeurs relatives de la gravité sont obtenues pour deux jours de mesure séparés par un événement pluvieux. La figure 6.3 compare les valeurs relatives de la gravité obtenues à la station 12 selon ces deux traitements. Il est notable que le traitement test augmente le niveau de bruit sur les mesures par rapport au traitement appliqué. En effet, avec le traitement test, l’inversion réalisée par MCGRAVI est contrainte par un nombre plus réduit d’observations. Les différences des variations de gravité estimées sur deux jours consécutifs avec le traitement test sont peu réalistes: il est peu probable qu'une pluie de 25 mm génère une baisse de plus de 200 nm s-2 entre les variations de gravité mesurées à 2 jours d’intervalle (J230 sur la figure 6.3).

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Figure 6.3 Comparaison des variations de gravité pour deux traitements différents : en noir deux valeurs de la gravité sont estimées par campagne lorsqu’il a plu entre les mesures, en rouge une seule valeur de la gravité est estimée par campagne de mesure.

Par la suite nous appliquerons donc le traitement permettant d’obtenir une valeur relative de la gravité par site et par campagne en considérant uniquement une dérive linéaire en temps.