aL'objectif de cette thèse a été d'étudier l'utilisation des données de géodésie spatiale pour la surveillance des ressources hydriques du bassin de l'Amazone et pour la modélisation de son cycle hydrologique. Nous avons évalué en particulier, l’apport des données GNSS au travers de la technique innovante du Positionnement Précis du Point (PPP). L’utilisation de cette méthode nous a permis d’obtenir 4 principaux résultats :
- évaluer les performances de différentes solutions (modélisations de données GRACE, modèle hydrologiques globaux) dans la restitution des effets de charge hydrologique. Dans le bassin Amazonien, la variation de charge au cours du cycle hydrologique induit les plus grandes déformations crustales observées sur Terre, jusqu’à 8cm d’amplitude. Ayant traité les séries temporelles de 18 stations permanentes dans et autour du bassin, nous avons identifié que la meilleure option pour corriger les séries temporelles géodésiques de ces variations de charge hydrologique est le modèle GRACE/GRGS. Ce résultat a été soumis pour publication en premier auteur dans la revue internationale de rang-A Geophysical Research Letters
- Elaborer une méthodologie novatrice pour le nivellement de stations hydrométriques. La stratégie que nous proposons consiste à disposer un ou plusieurs récepteurs GNSS sur un bateau et de calculer le profil altimétrique en mode PPP cinématique. Cette méthodologie présente l’avantage de ne pas avoir besoin de station permanente à proximité (facteur limitant dans les grands bassins hydrologiques), ni de déployer toute l’instrumentation habituelle pour une session fixe à chaque passage devant une règle. Une précision de quelques centimètres sur la hauteur du zéro de l’échelle limnimétrique est alors obtenue par simple différence entre la hauteur de la ligne d’eau donnée par le GPS mobile et la cote à l’échelle au moment du passage du bateau.
-La combinaison des deux résultats précédents nous amène à proposer que dans des grands bassins hydrologiques comme le bassin Amazonien, des nivellements dynamiques des règles (hauteur du zéro variant avec la cote elle-même) devraient être envisagées si une précision centimétrique de la hauteur absolue de la ligne d’eau étant recherchée, comme par exemple dans la validation de hauteurs de la surface de l’eau acquises par les missions d’altimétrie satellitaire.
- Dans le cadre des projets de coopérations FR/BR qui ont servi de support à ce travail, plus de 20 000 km de profils en long des principaux affluents de l’Amazone ont été collecté, une soixantaine de règle a été nivelée, ce qui constitue un jeu de données unique pour ce qui concerne la pente de la ligne d’eau, paramètre essentiel en hydrodynamique mais très peu documenté jusqu’à présent. Les nivellements absolus des règles et les profils de pentes ont été intégrés dans des travaux collectifs de validation des satellites Jason-2, ENVISAT et ICESAT. Enrichis à l’occasion de la poursuite des travaux, ils participeront à constituer la plus grande base de données de validation des nouvelles missions altimétriques, telles que SENTINEL-3 lancé en 2016 et SWOT, prévu pour 2021.
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The Amazon hydrological basin is significantly under monitored, which limits our capability to study the rivers that drain it. This work was dedicated to the use of space geodesy for the monitoring of the water resources in the Amazon basin, and the modeling of its hydrological cycle. More specifically, we evaluated the contribution of the new technique of processing GNSS data, the PPP technique. We obtained 4 major results:
- We assessed the performance of various datasets (GRACE derived or global hydrological models) in reproducing the crustal deformation due to the hydrological load. The annual cycle of the Amazon flow produces the largest signal on Earth, up to 8 cm. Processing the data of 18 GNSS stations in at around the basin, we identified that the best option to correct position series for this signal is the GRGS solution derived of the gravity data of the GRACE mission. This result has been submitted for publication in a A-rank international Journal, Geophysical Research Letters.
- Elaboration of an innovative methodology to level gauges. The strategy that we propose consist in setting one or more GNSS stations onboard boats and compute the water line profile in PPP cinematic mode. Owing to the PPP computation strategy, no permanent stations in close vicinity is required (which is a limiting factor in such a context) and one does not need to deploy the traditional and cumbersome instrumentation for a static survey at each overpass of a station. An accuracy of a few centimeters is achieved on the height of the gauge reference by simple difference between the height of the water surface gained by the floating GNSS station and the gauge reading.
- Combining all these results lead us to propose that in such large basins as the Amazon basin is, dynamical leveling of the gauges should be considered (that is reference height varying with water level itself) when a centimeter level of accuracy is expected, for instance when dealing with the validation of water levels derived of satellite altimetric missions.
- In the frame of the FR/BR cooperation projects that supported this work, more than 20,000 km of longitudinal profiles have been collected for the Amazon and its main tributaries, and 60 gauges have been leveled. This dataset is unique, in particular in terms of surface slope variations at all spatial wavelengths, a parameter essential for hydrodynamics, although very little known. All these data have been used in collective works for the validation of the water levels derived from the ENVISAT and Jason-2 altimetric satellites. Further enlarged, this dataset will represent the largest dataset available for the validation of the current altimetric missions, such as SENTINEL-3 launched this year, and for the future ones, such as the SWOT mission to be launched in 2021.
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