Une thèse de Doctorat en Sciences a été soutenue le dimanche 30 juin 2013 à l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran – Mohamed Boudiaf (Faculté de Génie Electrique – USTO-MB) par M. KHELIFA Sofiane, chercheur au Centre des Techniques Spatiales (CTS / ASAL), dans le domaine du Traitement du Signal appliqué en Géodésie Spatiale.
Cette thèse intitulée « Stabilité des signaux des séries temporelles de coordonnées de stations de géodésie spatiale issues des techniques radio-électriques (GPS, DORIS) et Laser (SLR) » a été dirigée par M. KAHLOUCHE Salem, Directeur de recherche au Centre des Techniques Spatiales, et le M. BELBACHIR Med Fouzi, Professeur à l’Université des Université des Sciences et de la Technologie Mohamed Boudiaf d’Oran et a fait l’objet de trois publications dans des revues internationales référencées d’Elsevier (Comptes Rendus Geoscience, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation) et IJAR.
Le jury d’examination présidé par M. KECHE Mokhtar (Professeur, UST Mohamed Boudiaf d’Oran), est composé de M. BEREKSI REGUIG Fethi (Professeur, Université de Tlemcen), M. BOUGHANMI Nabil (Professeur, USTO-MB) et M. SI MOHAMED Arezki Mohamed (Directeur de recherche, CDS-Oran)
Résumé
L’objectif de cette thèse vise à évaluer le signal et le bruit des séries temporelles de stations de Géodésie Spatiale (GPS, Doris, Laser) afin de mieux discriminer la nature des signaux observés des différents phénomènes, globaux ou locaux, régissant les mouvements de la croûte terrestre.
À partir des séries hebdomadaires (18 stations internationales réparties sur la surface terrestre) de jeux de coordonnées résiduelles de stations GPS, DORIS et SLR référencées à l’ITRF2005 et exprimées dans le repère géodésique local (Nord, Est et Verticale), un certain nombre de diagnostics et d’interprétations a été établi, notamment sur leurs dérives linéaires, leurs composantes saisonnières et leurs bruits.
L’application de la transformée en ondelettes et la SSA (Singular Spectrum Analysis) aux données utilisées, a permis de mieux évaluer leur tendance (évolution à long terme de la série) et leurs erreurs saisonnières (annuelles et semi-annuelles). Les résultats ont montré que le signal primaire présent dans ces séries temporelles est principalement de nature géophysique (mouvement des plaques tectoniques, expliquent plus de 90% du signal total). De plus, les stations affectées d’un mouvement non linéaire (dû à un phénomène de relaxation post-séismique) sont clairement mises en évidence par ces deux techniques. Les erreurs annuelles et semi-annuelles (amplitudes<10 mm) décelées dans les trois composantes (Nord, Est et Verticale) des stations (DORIS, GPS et SLR) peuvent être attribuées aux effets de charge atmosphérique et hydrologique. L’erreur de 120 jours qui est la période draconitique du satellite TOPEX, a été également détectée dans la solution DORIS, supposée être supprimée ou au moins être atténuée dans cette solution.
Pour la caractérisation du bruit (type et niveau de bruit) dans les séries analysées, la variance d’Allan a montré que les trois composantes (Nord, Est et Verticale) pour chacune des techniques GPS, DORIS et SLR sont dominées par un bruit blanc. La technique de débruitage (séparer le bruit du signal) adoptée s’est basée sur le seuillage des coefficients d’ondelettes obtenus à partir d’une décomposition discrète décimée du signal en utilisant la méthode de seuillage universel (VisuShrink). Le niveau de bruit, dans, respectivement, les composantes Nord, Est et Verticale est de l’ordre de 1 à 2 mm, 0.5 à 1 mm et 2 à 4 mm pour les séries GPS, 6 à 11 mm, 5 à 17 mm et 6 à 15 mm pour les séries DORIS, et pour les séries SLR, il est de l’ordre de 5 à 11 mm, 4 à 10 mm et 2 à 10 mm.
Pour les stations GPS, le niveau de bruit dans la composante Verticale est plus important par rapport aux composantes Nord et Est; car cette composante est la plus sensible aux erreurs d’orbites et aux effets de la traversée de la troposphère et de l’ionosphère. Pour les stations DORIS, le niveau de bruit est plus élevé dans la direction Est, probablement lié à la haute inclinaison d’orbite de certains satellites DORIS (SPOT et Envisat, 98° d’inclinaison), et il est faible dans les stations de haute latitude essentiellement et intensivement observées par les satellites DORIS. Alors, pour les stations SLR, la composante Verticale est la plus stable; car la mesure laser étant moins sensible aux délais de propagation introduits par la vapeur d’eau et complètement insensible à l’ionosphère.