Surcharges
La dynamique des couches superficielles (atmosphère, océans, eau continentale, calottes polaires, etc.) et les redistributions de masse aux grandes échelles associées induisent des déformations crustales (“flexures”) mesurables en surface à différentes échelles spatiales et temporelles.
Responsable de la thématique : O. Dauteuil
L’objectif de cette thématique est de caractériser les mouvements transitoires induits par les surcharges des océans et de l’atmosphère ainsi qu’aux chargements hydrologiques.
La
surface de la Terre subit de nombreuses déformations induites à la fois
par des processus externes et internes, comme les marées océaniques et
atmosphériques, les variations de l’axe de rotation de Terre, et les
variations de charges induites par les déplacements de masses depuis le
noyau jusqu’aux enveloppes fluides (océans, eaux continentales et
polaires, atmosphère). Ces déformations peuvent être permanentes,
périodiques ou transitoires et affectées régionalement ou globalement la
surface de la Terre (figure 1). Ils affectent principalement la
composante verticale d’une dizaine de cm pour les marées terrestres, et
du centimètre pour les marées océaniques ; les autres processus de
charge provoquant des déplacements inférieurs au centimètre. La
quantification et la modélisation de ces déformations deviennent une
composante importante en géodésie du fait de l’amélioration constante de
la précision des techniques de mesure. Les outils GNSS permettent
d’observer ces déformations et d’améliorer la connaissance des
mécanismes et leur représentation dans les modèles géophysiques.
Les
effets de charge engendrent des déformations essentiellement
transitoires aux échelles locales et régionales, bien visibles sur la
composante verticale, mais aussi dans une moindre mesure dans le plan
horizontal (figure 2). Les amplitudes associées peuvent varier de
quelques mm à quelques cm selon les zones considérées. De même, leur
périodicité varie selon les processus mis en jeu : variations diurnes et
hebdomadaires pour la surcharge océanique ; variations diurnes,
hebdomadaires, semi-annuelles et annuelles pour la surcharge
atmosphérique ; variations saisonnières ou plus épisodiques pour la
surcharge liée à la neige ou aux glaces. La réponse du déplacement d’un
site aux effets de charge dépend, entre autres, des paramètres
rhéologiques de la lithosphère et de l’asthénosphère.
L’enregistrement
précis de l’amplitude et de la fréquence d’un phénomène de surcharge,
en particulier lorsqu’il est corroboré par d’autres mesures
indépendantes, améliore les modèles existants des phénomènes à l’origine
des surcharges et réciproquement. Il est ainsi important de bien
modéliser ces effets de surcharge afin de les éliminer et mieux extraire
les signaux d’autres processus géophysiques tels que la déformation
liée à l’activité tectonique directement dans les données GNSS, ou la
variation du niveau des mers dans les données de marégraphes colocalisés
à des stations GNSS, ou la variation de la charge hydrologique mesurée à
l’aide de GRACE pour l’échelle globale ou de piézomètres pour des
mesures locales.
Voir aussi :
Figure 1 : Amplitudes en mm des déplacements dus à la surcharge océanique, causés par l’onde M2 dans l’Ouest de la France, d’après le modèle de FES2004 (Fund et al, 2010).
Figure 2 : Exemple d’effet de surcharge hydrologique. Déplacements selon les trois composantes mesurés par GPS (en haut) induits par les variations hydrologiques annuelles (en bas). Source : Moreau & Dauteuil, 2013).
Le service des surcharges de l’EOST (http://loading.u-strasbg.fr/displ_renag.php)
fournit des estimations des déplacements dus aux différentes
contributions de surcharges atmosphériques, hydrologiques et océaniques
pour les sites du RENAG (en plus des sites de l’ITRF). Les séries
temporelles sont téléchargeables depuis ce site et un outil en ligne
permet de les visualiser.
Figure
3 : Contribution de la surcharge atmosphérique au déplacement 3D de la
station NICE (i.e. réponse du sol à la pression de surface estimée par
le modèle ECMWF). Source : outil de visualisation de séries temporelles
du service (http://loading.u-strasbg.fr/ditrf_form.php)