Development of a Numerical Tool for Gravimetry and Gradiometry Data Processing and Interpretation : application to GOCE Observations

Aujourd’hui, la communaute scientifique dispose de jeux de donnees gravimetriques avec une precision et une resolution spatiale sans precedent qui ameliorent nos connaissances du champ gravitationnel terrestre a differentes echelles et longueurs d’ondes, obtenues de mesures du sol a des satellites. Parallelement a la gravimetrie, l’avancement des observations par satellite fournit a la communaute des modeles d’elevation numerique plus detailles pour refleter la geometrie de la structure terrestre. Ensemble, ces nouveaux jeux de donnees offrent une excellente occasion de mieux comprendre les structures et la dynamique de la Terre a l’echelle locale, regionale et mondiale. L'utilisation et l'interpretation de ces donnees de haute qualite exigent le raffinement des approches standards dans le traitement et l'analyse des donnees liees a la gravite. Cette these consiste en une serie d’etudes visant a ameliorer la precision du traitement des donnees de gravite et gravite de gravite gradients pour les etudes geodynamiques. Pour ce faire, nous developpons un outil, appele GEEC (Gal Eotvos Earth Calculator), pour calculer precisement les effets gravimetriques dues a tout corps de masse, independamment de sa geometrie et de sa distance par rapport aux mesures. Les effets de gravite et des gravite gradients sont calcules analytiquement en utilisant la solution integrale lineaire d'un polyedre irregulier. Les validations aux echelles locale, regionale et mondiale confirment la robustesse des performances du GEEC, ou la resolution du modele, qui depend a la fois de la taille de la masse corporelle et de sa distance par rapport au point de mesure, controle fortement la precision des resultats. Nous presentons une application pour evaluer les parametres optimaux dans le calcul des gradients de gravite et de gravite dus aux variations de topographie. La topographie joue un role majeur dans l'attraction gravitationnelle de la Terre; par consequent, l'estimation des effets topographiques doit etre soigneusement prise en compte dans le traitement des donnees gravimetriques, en particulier dans les zones de topographie accidentee ou a grande echelle. Pour les etudes de gravite de haute precision a l'echelle mondiale, le processus de correction de la topographie doit prendre en compte l'effet topographique de la Terre entiere. Mais pour les applications locales a regionales basees sur des variations relatives a l'interieur de la zone, nous montrons que la topographie tronquee a une distance specifique peut etre adequate, meme si ignorer la topographie de cette distance peut generer des erreurs. Pour soutenir ces arguments, nous montrons les relations entre les erreurs relatives a la gravite, la distance de troncature de la topographie et l'etendue de la zone d'etude. Enfin, nous abordons le probleme: les mesures GOCE sont-elles pertinentes pour obtenir une image detaillee de la structure d'une plaque de subduction, y compris sa geometrie et ses variations laterales? Les resultats du calcul des avec des modeles de subduction synthetiques calcules a l’altitude moyenne du GOCE (255 km) demontrent que les bords de subduction et les variations laterales du pendage produisent des variations des gradients detectables avec le jeu de donnees GOCE. Dans l'application a la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana (IBM), la topographie et les effets bathymetriques ont ete supprimes avec succes. Cependant, dans l'application au cas reel de la zone de subduction Izu-Bonin-Mariana, les caracteristiques geometriques du second ordre du slab sont difficiles a detecter en raison de la presence des effets crustaux restants. Ceci est du a l'imprecision du modele crustal global existant qui est utilisee, qui conduit a une elimination impropre de l'effet crustal.