Séminaire Copernicus EGMS 12 juin 2023 - Session 2.2 - M.P.DOIN - CNRS
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00:00 Bonjour, je vais vous présenter un peu une comparaison et comment on peut avoir des méthodes complémentaires pour approcher la mesure du déplacement du sol sur le territoire national.
00:16 Et donc ce qu'on fait au sein du service national d'observation ISDEFORM qui est fondé depuis 2-3 ans.
00:24 Alors donc l'objectif du service national d'observation rapidement c'est d'acquérir, de traiter, de valider, valoriser, diffuser donc des données satellitaires sur les déplacements du sol en optique et en radar.
00:39 Avec des cibles qui sont sur le territoire national en particulier donc on a l'ensemble du territoire métropolitain avec le satellite Sentinel-1 et puis des cibles ponctuelles des glissements de terrain, des volcans.
00:51 Donc c'est dans une optique scientifique, c'est donc pour servir la communauté scientifique française.
00:57 Et un autre objectif c'est d'animer une communauté recherche avec des codes qu'on développe et des services qu'on développe sur le traitement de ces données satellitaires.
01:08 Et on a un troisième objectif de formation et d'ouverture au sud à travers notre tutelle aussi qui est donc l'Institut de recherche et développement.
01:18 Donc on va traiter également l'ensemble de l'archive Sentinel-1 sur le territoire national.
01:26 Donc vous avez ici les emprises des images Sentinel-1.
01:32 Et puis en bas à droite le signal saisonnier. Donc on voit des petites taches bleues, je ne sais pas si vous pouvez les voir, qui sont pointées par les flèches, qui correspondent au signal saisonnier associé au stockage de gaz souterrain.
01:48 Ensuite, pour voir un peu la complémentarité entre les différentes méthodes, je vous présente rapidement le principe de l'interférométrie radar avec deux passages successifs puis N passages successifs de satellite.
02:06 Et donc on va faire une mesure différentielle qui va être un interférogramme. Et cette mesure, elle va être faite avec la phase de l'onde radar.
02:18 Et donc il va y avoir une ambiguïté de 2 pi sur cette mesure de phase.
02:24 Et donc dans les méthodes, il y a tout un panel de méthodes pour essayer de résoudre cette ambiguïté de 2 pi.
02:33 Et puis l'onde qui est envoyée par le satellite est rétrodiffusée vers le satellite ensuite. Il y a un terme de propagation. Donc on va s'intéresser au délai de propagation.
02:46 Et donc sur le petit schéma, vous voyez que si la maison subside, s'enfonce, on va augmenter le délai de propagation.
02:54 Et puis il y a aussi un problème d'interaction entre l'onde et ce qui se passe dans le pixel. Et donc on a deux aspects en fait dans l'interférométrie radar.
03:04 Et ces deux aspects sont importants à prendre en compte quand on veut comprendre un peu ce qu'on mesure.
03:08 Alors pour ce qui est du délai de propagation, vous avez bien sûr le déplacement du sol qui nous intéresse, mais on a aussi d'autres choses.
03:17 Et peut-être le plus important dans ces autres choses, c'est l'atmosphère. Et les délais de propagation dans l'atmosphère vont varier dans le temps.
03:26 Et cette variation peut être de l'ordre du centimètre à jusqu'à 20 cm. Donc quand on vous dit qu'on mesure des déformations millimètres près, plus ou moins 20 cm.
03:36 Donc voyez tout de suite un peu le problème. Voilà donc là je vous ai montré un petit exemple de délai atmosphérique.
03:45 Donc vous avez un interférogramme sur la gauche avec des ondulations qui sont liées à des ondes de lit dans l'atmosphère.
03:54 Et donc comme l'atmosphère n'est pas homogène, son humidité n'est pas homogène, vous allez avoir des délais dans les interférogrammes qui sont associés
04:04 justement juste à ces variations latérales d'humidité. Et donc les techniques qu'on va utiliser pour corriger ces effets, pour arriver au millimètre,
04:14 au millimètre par an, vont être différentes selon les techniques. Donc EGMS utilise des filtres en espace et en temps.
04:23 Et nous on va plutôt les laisser en fait pour que l'utilisateur qui est scientifique puisse lui-même séparer son signal de déplacement avec le délai atmosphérique.
04:37 Voilà donc ça c'est une des différences. Après ce qui est important aussi c'est de comprendre comment l'onde interagit avec le pixel parce que quand vous voyez un objet bouger,
04:48 vous vous demandez qu'est-ce que c'est dans le pixel qui a bougé. Donc par exemple en haut à droite, vous avez le PS par excellence qui est, vous avez le petit satellite
04:57 qui envoie l'onde sur le mur de l'immeuble, qui rebondit sur le sol et qui revient vers le satellite. Donc ça c'est, ce qu'on va mesurer, c'est un mélange building-sol.
05:11 Mais vous savez, en fait vous ne savez pas forcément si c'est le building ou si c'est le sommet, par exemple, je ne sais pas, un toit qui est bien orienté vis-à-vis du radar.
05:22 Donc à l'intérieur du pixel, vous pouvez avoir différents éléments qui vont être, qui vont vous...
05:28 Donc sinon vous pouvez aussi avoir d'autres types de réflexions, donc à travers, sur des arbres, ça va être dans la canopée, ça va diffuser, ou alors sur une surface.
05:39 Donc ce qui est important de voir, c'est quand, dans le cas de GMS, on va sélectionner des points stables. Et donc ce qui est intéressant dans cette sélection,
05:51 c'est qu'on va sélectionner les points les plus stables, enfin ceux qui sont le plus porteurs d'informations. Alors les PS, ce sont des rétrodiffuseurs extrêmement stables,
06:02 qui sont un peu comme le building en haut à droite, et qui sont très brillants. Et puis on a aussi les distributed scatterers, qui sont des ensembles de pixels,
06:12 mais qui ont quand même une rétrodiffusion assez forte. Et donc ces points-là sont vraiment fiables. Et après, les méthodes utilisent cet espèce de réseau de points
06:26 pour résoudre l'ambiguïté plutôt dans le temps, l'ambiguïté de la phase. Nous, alors on a choisi une approche différente parce qu'on s'intéresse au milieu naturel,
06:36 et parce qu'on est bien de l'insu, et qu'on regarde la tectonique, les volcans, etc. Donc nous, on ne fait pas de sélection, mais on va appliquer des poids, des moyens d'âge,
06:50 et surtout du coup on va avoir aussi une résolution qui va être plus faible. Et donc on va utiliser des méthodes différentes pour résoudre l'ambiguïté.
06:58 Voilà. Alors ça c'est donc le dernier point, peut-être qui est important, c'est le référencement au GNSS. Alors pour EGMS, pour la partie France,
07:09 et alors là j'ai cherché l'information, je n'ai pas forcément bien trouvé dans la documentation EGMS, mais j'ai compris que la taille du petit rectangle correspond,
07:23 noir là, qui est sur la carte, correspond à peu près à la taille des tuiles qui sont traitées et ensuite référencées au GNSS. Donc du coup, au sein des formes,
07:34 on va plutôt regarder la grande tuile qui correspond à une carte de vitesse en couleur, qui est traitée d'un seul tenant.
07:43 Et c'est cette grande tuile qu'on va référencer au GNSS en utilisant deux ou trois variables, on va dire, indépendantes.
07:51 Donc on a une plus grande indépendance, je pense, au GNSS, mais c'est donc sous réserve que j'ai bien compris la documentation EGMS France disponible sur le site.
08:04 Voilà. Donc du coup, ce sont des différences, ces différences permettent aussi de comparer en fait les deux solutions. Elles ne sont pas complètement indépendantes,
08:14 puisqu'il s'agit des mêmes données au départ, mais malgré tout, comme les traitements sont très différents, c'est intéressant de comparer. On ne fait pas les mêmes erreurs.
08:22 Et donc, vous avez le fond de carte qui correspond à la solution ISDEFORM et puis les points qui correspondent à la solution EGMS.
08:34 Donc on a une résolution qui est moindre pour ISDEFORM, mais on a plus d'informations partout. Pas de problème.
08:43 Et puis, bon, ça, c'est d'autres exemples. Alors, c'est un exemple de déplacement sur la carrière de Castine, près de Fos-sur-Mer.
08:52 C'est un exemple de comparaison. Et puis ici, on l'a déjà vu, Palabas-Les Flots, donc avec la 7 subsidence qui est de plusieurs millimètres par an.
09:03 Et puis 7, alors là, c'est juste la solution EGMS. On voit bien la subsidence de la digue et de certains quartiers de 7.
09:10 Et alors nous, notre solution, elle est assez lissée, etc. Mais on peut essayer de retrouver l'origine des pixels.
09:19 Donc c'est sur la droite ici, vous voyez donc Palabas-Les Flots et puis la digue de 7. Donc pour essayer de mieux localiser l'information.
09:31 Mais bon, je vais... Enfin, comment dire, les objectifs du SNO sont quand même assez différents de ceux d'EGMS. On n'est pas du tout sur l'infrastructure.
09:41 Nous, notre objectif, c'est vraiment de faire, de regarder la déformation à plus grande échelle et en milieu naturel.
09:48 Alors ici, vous avez un exemple EGMS à côté de Grenoble, sur la vallée Vaurèpes-Grenoble.
09:58 Vous voyez la compaction différentielle de la vallée qui, donc avec une plus grande compaction le long du visère, est un peu plus faible sur les bords du bassin.
10:07 Avec des compactions un petit peu plus importantes sur certains endroits. Donc ça, ça nous intéresse parce que c'est un proxy pour la sismologie,
10:24 pour calculer la réponse du site à des ondes sismologiques. Et donc, vous voyez aussi quelques points rouges en bas qui correspondent à un glissement de terrain,
10:34 enfin un glissement gravitaire lent plutôt, au-dessus de ces seins. Et puis la solution que nous, on va avoir, vous voyez, elle est beaucoup plus basse résolution,
10:44 mais elle est plus continue en espace. Donc c'est un peu, c'est complémentaire, c'est différent. Voilà. Et puis là, l'exemple du tail, on l'a déjà vu tout à l'heure.
10:52 Quand les déplacements sont non linéaires et non saisonniers, là, ça les méthodes ont toutes quand même, je pense, des difficultés si elles sont pas vraiment faites
11:03 de façon très, très précise, spécifiquement pour le problème en question. Donc on voit pour EGMS ici que on a l'impression que le glissement a commencé avant le séisme
11:14 et qui continue après le séisme. Et en fait, c'est pas le cas. Donc là, il y a des effets de filtrage. Quand on a voulu filtrer l'atmosphère, on a aussi filtré de la déformation.
11:24 Et si on regarde le profil de déformation au travers de la faille en bas à droite, on voit qu'avec EGMS, ce sont les points rouges. Là, on n'a pas beaucoup de, on voit pas la déformation
11:33 au moment du séisme, mais c'est normal, c'est lié aux techniques. C'est juste quelque chose qu'on ne peut pas voir du fait de la technique. Et puis là, je vous montre un exemple
11:46 sur le karst du Vaucluse sur lequel on travaille actuellement. Et là, l'objectif, c'est de regarder le déplacement qui est associé au fonctionnement du karst.
11:55 Donc on a en bas à droite la localisation de la fontaine de Vaucluse qui est la sortie du karst. Et vous avez en rouge, en haut à droite, le débit d'eau à la fontaine.
12:08 Et donc, vous voyez qu'elle est très non linéaire dans le temps parce que c'est une physique non linéaire, la physique du karst. Et vous pouvez voir, on a calculé la déformation
12:21 qui est en phase avec ce débit d'eau et on voit des patterns de déformation comme le pattern bleu dont on peut voir l'évolution temporelle qui est en haut à droite
12:35 et qui est associé à ce débit d'eau de la fontaine. Voilà, donc ça, c'est des déformations non linéaires dans le milieu naturel qui sont peut-être plus difficiles à voir avec
12:45 EGMS. Pour conclure, c'est des méthodologies différentes avec des données identiques. Et donc l'intérêt du coup de les comparer, c'est qu'on va avoir des atouts ou des défauts
12:57 qui vont être complémentaires. Pour la résolution spatiale, c'est évident. Tout ce qui est infrastructure, c'est EGMS 100%. Par contre, nous, on va essayer plutôt de travailler à plus grande échelle
13:09 dans des milieux naturels. Voilà. Et que la déformation non linéaire, bon ça c'est un peu une limite de... quand elle est très non linéaire, c'est une limite de GMS.
13:19 Et donc, ce qui est, je pense, pour les deux solutions problématiques, c'est qu'on ne sait pas très bien vous représenter les erreurs. D'abord, les erreurs elles-mêmes,
13:29 si on ne sait pas forcément les pointer du doigt. Et on ne sait pas représenter les incertitudes. On ne sait pas vraiment comment les présenter. On a plein de proxys,
13:39 mais on ne sait pas très bien comment les présenter. Parce que l'incertitude dépend de la distance entre les points. Donc ça c'est quand même compliqué après représenter.
13:50 Voilà. Et que ce qu'on mesure au sol, il faut savoir ce que c'est. Parfois c'est un point brillant, parfois c'est plutôt une zone. Parfois c'est un mélange de pixels,
14:00 parfois c'est juste une toute petite partie du pixel. Donc voilà.