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Annexe 1

Par Webmaster Legos Dernière modification 01/09/2012 15:23

Annexe 1 : Activités de recherche


Depuis le milieu des années 1970, mon activité de recherche a principalement concerné les sciences de la planète Terre (avec une courte incursion en planétologie au début des années 1980). Cette activité s’est caractérisée par une certaine mobilité thématique, avec toutefois un dénominateur commun : l’utilisation privilégiée de l’observation spatiale.
Après une thèse de 3ème cycle en Astronomie de Position à l’Observatoire de Paris soutenue en 1969, j’ai préparé une thèse d’Etat en Géophysique, sous la direction de K. Lambeck (actuellement professeur de géophysique à l’université de Canberra, Australie).
Ce travail de thèse a eu pour objet l’étude de l’influence de la circulation atmosphérique sur les irrégularités de la rotation terrestre, sur des échelles de temps allant de la saison à plusieurs décennies (publications 3, 5, 8 ; et aussi 35, 69). En parallèle de la préparation de ma thèse, j’ai débuté mes activités en géodésie spatiale au Groupe de Recherche en Géodésie Spatiale (GRGS) crée en 1971 (1er Directeur : J. Kovalevsky), sur la détermination des coefficients du champ de gravité terrestre, des marées terrestres et océaniques, etc., à partir des perturbations d’orbite des satellites géodésiques (publications 1, 2, 4, 6, 7 ; et aussi 17, 23)
Avec le lancement des premières missions d’altimétrie spatiale par les américains (GEOS-3 en 1975, et surtout SEASAT en 1978), j’ai commencé à m’impliquer dans les applications de l’altimétrie à la mesure du géoide marin (champ de gravité) et ses retombées en géophysique marine. Ces recherches se sont étalées sur la période 1980-1995 environ et ont bénéficié des observations de nouvelles missions d’altimétrie spatiale, GEOSAT (USA) et ERS-1 (ESA). Elles ont donné lieu à plusieurs publications sur la structure mécanique et l’évolution thermique de la lithosphère océanique, sur la dynamique des points chauds, sur la découverte d’instabilités convectives à petite échelle sous les plaques lithosphériques, sur la segmentation des dorsales océaniques, etc. (publications 9,11, 15, 19, 20, 21, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 37-43, 45-49, 51-53, 55, 57, 60, 64, 67, 68, 71, 79, 82; 95, 125 ; 6 thèses ). En parallèle, j’ai aussi mené des études sur la structure convective à grande échelle du manteau terrestre à partir des observations du géoide et dela tomographie sismique (50, 65, 67, 73 ; 1 thèse).


Suite à la pression exercée par notre communauté, l’Agence Spatiale Européenne a décidé de déplacer pour une durée d’une année (mi-1994 à mi-1995) son satellite altimétrique ERS-1 sur une orbite particulière dite ‘géodésique’, afin de cartographier le géoide marin avec une résolution au sol sans précédent (5 à 7 km sur tout le domaine océanique). Grâce à ces nouvelles observations, mon équipe a établi, par inversion du géoide à haute résolution, des cartes globales de la topographie des fonds marins qui ont révélé quantité de structures tectoniques sous marines, soit inconnues soit antérieurement mal cartographiées (publications 76, 78, 80, 102; 1 thèse).

Au début des années 1980, je me suis également intéressée à la géodésie planétaire ainsi qu’à certains aspects de la dynamique du système solaire : rotation de Venus, rotation de Mars, histoire orbitale des satellites de Mars, évolution de l’inclinaison de Phobos, évolution de l’orbite lunaire et friction des marées, structure de la lithosphère de Venus, évolution dynamique du nuage cométaire de Oort, formation des planètes telluriques par accrétion et origine des rotations primordiales (publications 10, 12-14, 16-18, 22, 23, 25, 26, 29, 36, 44 ; 2 thèses).


Au début des années 1990, l’amélioration des performances des systèmes de géodésie spatiale (télémétrie laser sur satellite, système DORIS) m’a conduit à aborder les questions de positionnement précis, avec des applications à la mesure des déformations de la croûte terrestre (mouvements horizontaux à grande échelle dus à la tectonique des plaques, mouvements verticaux dus à une variété de phénomènes géophysiques, mouvements du centre des masses de la Terre) et de la rotation terrestre (publications 54, 56, 58, 59, 61, 62, 72, 74, 77, 84, 87, 91, 96, 105 ; 3 thèses ).

L’accroissement des performances des systèmes de géodésie spatiale au cours des années 1990 a aussi permis la détection des variations temporelles de la gravité terrestre. Aux échelles de temps accessibles par l’observation spatiale (quelques mois à plusieurs années), les variations de la gravité terrestre sont essentiellement dues à des redistributions de masse (air et eau sous ses 3 phases) dans les enveloppes fluides de la planète : atmosphère, océans, réservoirs d’eaux continentales, manteau neigeux et calottes polaires. Jusque là, seules les anomalies ‘permanentes’ du champ de gravité avaient pu être mesurées. Grâce à la télémétrie laser de haute précision (sur les satellites Starlette, Stella, Lageos-1 et Lageos-2), nous avons mis en évidence les variations saisonnières des composantes à grandes longueurs d’onde du champ de gravité terrestre et identifié les causes de ces variations, notamment les effets des eaux continentales et de la neige (publications 56, 63, 75, 89, 91, 92, 105; 1 thèse).

Le lancement du satellite altimétrique Topex/Poseidon en 1992 a marqué un tournant dans mes activités de recherche. En effet la précision inégalée du système altimétrique Topex/Poseidon, en comparaison des missions antérieures, a permis la véritable naissance de l’océanographie spatiale, en particulier au sein du LEGOS en France. J’ai donc choisi de m’investir dans de nouvelles thématiques de recherche en océanographie, et plus particulièrement dans l’étude des variations du niveau de la mer en réponse aux variations climatiques. La mesure des variations spatio-temporelles du niveau de la mer depuis l’espace (non prévue dans les objectifs initiaux de la mission Topex/Poseidon) oblige à rechercher la précision ultime du système altimétrique, à identifier et quantifier toutes les sources d’erreurs, qu’elles soient instrumentales, liées à l’atmosphère ou au milieu marin. Des résultats importants dans ce domaine ont été obtenus : la mise en évidence d’une importante variabilité géographique de la vitesse de variation du niveau de la mer ; une accélération de la hausse du niveau moyen global de la mer sur la dernière décennie, en comparaison de la hausse enregistrée par les marégraphes au cours du 20ème siècle ; la quantification (grâce à des données de température de l’océan, des modèles hydrologiques globaux, les données de la mission de gravimétrie spatiale GRACE, etc.) des contributions respectives du réchauffement de l’océan et des apports d’eau douce à l’océan liés à la fonte des glaciers de montagne, des calottes polaires et des réservoirs continentaux ; la reconstruction du niveau de la mer depuis 1950, etc. (publications 81, 85, 86, 88, 90, 93, 94, 97, 98, 100, 103, 104, 107, 109, 110, 116-118, 112, 123, 124, 127, 130, 135, 138, 139, 142-144, 146, 148-152, 154, 156-160; 4 thèses dont une en cours). Ces résultats ont conduit en 2004 à ma nomination comme membre du Working Group I du GIEC/IPCC
(Groupement Intergouvernemental d’Experts sur le Changement Climatique) et ‘auteur principal’ du chapitre ‘ocean climate change and sea level’ du 4ème rapport publié en 2007.

En parallèle des recherches sur le niveau de la mer, mon équipe a développé au début des années 2000 une thématique scientifique nouvelle : l’Hydrologie Spatiale. Nous avons montré que l’altimétrie spatiale, bien que développée et optimisée pour étudier les océans, permettait également d’étudier les fluctuations du niveau des eaux de surface continentales (fleuves, lacs, zones inondées). Outre la démonstration que l’altimétrie spatiale permet une surveillance continue et globale des eaux terrestres de surface, pour lesquels les réseaux de mesure in situ sont soit inexistants soit entrain de disparaître, ces travaux ont conduit à plusieurs études sur l’hydrologie régionale et l’influence de phénomènes climatiques tels que El Nino (publications 83, 99, 101, 106, 108, 111-114, 119-121, 126, 132, 137, 147, 153 ; 5 thèses dont 1 en cours).
Récemment de nouveaux développements ont été menés par l’équipe sur l’utilisation combinée de l’altimétrie et de l’imagerie spatiale pour estimer les variations des volumes d’eau de surface (lacs, plaines inondées) en réponse à la variabilité climatique et au forçage anthropique. Ces travaux nous ont conduit à développer une base de données/produits hydrologiques spatiaux ‘HYDROWEB’, aujourd’hui largement consultée par la communauté scientifique internationale.

Par ailleurs, une nouvelle mission spatiale a été mise en orbite en 2002 (mission GRACE) pour mesurer les variations spatio-temporelles du champ de gravité avec une résolution et une précision jusqu’ici inégalées, à des échelles allant de quelques jours à plusieurs années. L’une des principales applications de GRACE est de quantifier les variations spatio-temporelles des stocks d’eaux continentales (eaux de surface, eaux des sols, des réservoirs souterrains et manteau neigeux) pour lesquelles il n’existe pas d’observation in situ à l’échelle globale. Mon équipe s’est investie dans l’exploitation scientifique des données de la mission GRACE (6 ans de données disponibles à ce jour).
De nombreux résultats ont été obtenus sur les variations spatio-temporelles des stocks d’eaux continentales et du bilan de masse des calottes polaires (publications 115, 129, 131, 133, 136, 138, 144, 146, 156, 159 ; 2 thèses dont 1 en cours). Ces informations nouvelles sur les fluctuations des stocks d’eau à l’échelle planétaire permettent aussi d’améliorer les modèles hydrologiques globaux (plusieurs collaborations sont développées entre notre équipe et des hydrologues-climatologues en France –LMD, CNRM-, en Allemagne et aux USA). A terme, l’objectif est d’assimiler les produits hydrologiques issus de GRACE dans les modèles hydrologiques. Les applications scientifiques de ces recherches sont nombreuses et prometteuses: meilleure compréhension du cycle hydrologique continental et global, prédiction climatique, estimation directe de la contribution des eaux continentales à la hausse du niveau de la mer, suivi des ressources en eau et de leurs variations à l’échelle planétaire.


L’ensemble de nos activités en hydrologie spatiale a atteint aujourd’hui un bon degré de maturité. Ceci m’a conduit à proposer en 2007 au Réseau Thématique de Recherches Avancées –RTRA- « Sciences et Techniques de l’Aéronautique et de l’Espace », un projet fédérateur impliquant plusieurs laboratoires autour de l’utilisation de l’observation spatiale multi-capteurs et la modélisation, pour diverses applications à l’hydrologie continentale.
Le projet, accepté, vient de démarrer (voir ci-dessous).

 

Projets en cours


J’anime actuellement et participe à plusieurs projets scientifiques importants sur le thème ‘niveau de la mer et changement climatique’ et en ‘hydrologie spatiale’.
Sur le thème ‘ niveau de la mer’, je dirige la thèse de William Llovel (2008-2010) et co-dirige celle de Benoit Meyssignac (2009-2011). Ces thèses rentrent dans le cadre de la proposition ‘Jason-2/OST’ pour laquelle j’ai été récemment sélectionnée comme P.I. sur la thématique ‘niveau de la mer’ (2008-2012). Les recherches sur ce thème ont pour but de : (1) expliquer les variations récentes du niveau de la mer en utilisant en synergie l’altimétrie spatiale Jason-1 et Jason-2, la marégraphie, les données du système international Argo (mesures de température et salinité de l’océan) et de GRACE (mesure des bilans de masse des calottes polaires et de l’effet des eaux continentales sur le niveau de la mer), (2) comprendre la variabilité régionale des vitesses de variation du niveau de la mer (collaboration avec MERCATOR et le CERFACS), (3) reconstruire la variabilité régionale du niveau de la mer au cours du 20ème siècle en utilisant les données marégraphiques, altimétriques et des sorties de modèles de circulation générale océanique, (4) collaborer avec les groupes du GIEC/IPCC impliqués dans les projections climatiques futures – dont le CNRM à Toulouse- pour l’amélioration des modèles de climat en vue d’une détermination plus fiable des variations futures du niveau de la mer, et (5) étudier les impacts régionaux de la hausse actuelle du niveau de la mer dans certaines régions de haute vulnérabilité (où se combinent les effets du changement climatique et des enfoncements du sol liés aux activités humaines ou à des phénomènes naturels). Une proposition ANR sur ce dernier volet vient d’être récemment accepté (Projet CECILE en collaboration avec le BRGM, le CNRM, l’Université de La Rochelle et le SHOM ; je suis la responsable scientifique de ce projet). Notre équipe est également partenaire d’un projet Européen, MONARCH (FP7) récemment accepté (avec une contribution sur le niveau de la mer en Arctique, en collaboration avec CLS). Nous sommes enfin impliqués dans un autre projet européen (projeten cours ‘EUROCORES/Topo-Europe’ de l’ESF, European
Science Foundation) pour l’étude du niveau de la mer en Méditerranée.

En ‘hydrologie spatiale’, mes activités actuelles et futures se déclinent selon les volets suivants :
-comme indiqué ci-dessus, je coordonne le projet CYMENT (Cycle de l’eau et de la matière dans les bassins versants : de l’observation spatiale à la modélisation en hydrologie) soutenu par le RTRA- « Sciences et Techniques de l’Aéronautique et de l’Espace ». Ce projet comprend 8 partenaires différents (4 laboratoires de l’Observatoire Midi-Pyrénées: LEGOS, LMTG, CESBIO, Laboratoire d’Aérologie ; plus le CNRM/Météo-France, l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, le Groupe de Recherche en Economie Mathématique et Quantitative, et le service ‘SI/Altimétrie’ du CNES). L’objectif du projet est d’utiliser en synergie les observations de différents capteurs spatiaux (altimétrie, SMOS, GRACE, micro-ondes actives et passives, imagerie) pour la détermination de paramètres hydrologiques impliqués dans le bilan d’eau des bassins hydrographiques, de développer la modélisation hydrologique associée et d’assimiler les produits hydrologiques spatiaux dans les modèles. Ce projet dont la durée de vie est de 3 ans (2008-2010), constitue un précurseur à des applications futures ‘opérationnelles’ en hydrologie (par exemple suivi des ressources en eau, prévision des crues, etc.) dans le cadre de GMES et du Pôle de Compétitivité AESE ‘Aéronautique, Espace et Systèmes Embarqués’. Dans le cadre du projet CYMENT, j’encadre également les recherches d’une post-doctorante (2009-2010).
- Au cours des années passées, j’ai participé au niveau scientifique à la définition de la mission SWOT (Surface Waters-Ocean Topography) avec des collègues français du LEGOS et américains du JPL et de ‘Ohio State University’. Je suis membre du Science Working Group de cette mission en cours de définition au CNES et à la NASA. Je participe également aux travaux préparatoires à la mission franco-indienne Altika/SARAL.
- J’ai récemment initié un projet franco-indien sur l’utilisation des techniques spatiales pour étudier l’hydrologie des bassins fluviaux et les ressources en eau du sous-continent indien (collaboration avec le NGRI –National Geophysical Research Institute- à Hyderabad). Ce projet vient d’être accepté (durée de vie de 3 ans ; 2010-2012). J’envisage de contribuer à la bonne marche de ce projet et à ses résultats.
- Dans le cadre d’une co-tutelle avec le Brésil, je dirige la thèse d’un étudiant brésilien en hydrologie spatiale (2009-2011). L’objectif de la thèse est d’étudier le bilan hydrique des bassins du continent sud-américain en utilisant l’observation spatiale multi-capteurs et la modélisation, et le lien avec la variabilité climatique et le forçage anthropique.

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