Collaborations scientifiques

Les collaborations scientifiques du BGN

 

Les collaborations scientifiques du BGN couvrent deux secteurs : la gravimétrie et surtout l’exploitation des données du réseau GNSS permanent.

Le BGN collabore avec divers organismes scientifiques :

  • L’Institut de Recherches pour le Développement (IRD) et l’Université de la Rochelle pour l’analyse géophysique des mouvements horizontaux et verticaux issus des stations GNSS permanentes pour la tectonique, la quantification des variations absolue du niveau de la mer ou encore l’analyse de la charge associée à la masse d’eau
  • Le SHOM pour l’installation de stations GNSS colocalisées avec des marégraphes
  • L’IGS (International GNSS Service) auquel les observations Rinex 2 et Rinex 3 (24h/30s) des stations KOUC, NMEA, NRMD et LPIL sont transmises quotidiennement, tout comme  les flux de données RTCM3 de deux stations (KOUC et NRMD) qui, eux, sont envoyés en temps réel. Ces flux servent notamment à calculer en temps réel les orbites précises des satellites des constellations GPS et Glonass et de modéliser certains paramètres nécessaires à la résolution d’ambigüités par PPP (Wide Lane Phase Bias), http://www.igs.org/network. Les données journalières sont utilisées en particulier pour le calcul des repères de référence terrestres (ITRF).
  • SONEL (Système d’Observation du Niveau des eaux Littorales, consortium IRD/IGN/SHOM/CNRS) dont le réseau de GPS permanents colocalisés avec marégraphes inclut 5 stations BANIAN (Noumea-Numbo, Thio, Hienghene, Wé, Tadine) http://www.sonel.org/-GPS-.html
  • La société Trimble à laquelle, comme l’IGS pour KOUC et NRMD, est envoyée en temps réel les flux de données de NMEA pour la détermination d’orbites précises en temps réel pour son propre compte (utilisées notamment pour le système RTX)
  • Météo France, qui récupère toutes les heures les délais troposphériques zénithaux estimés par le BGN à pas de 5 minutes sur 18 stations (toutes sauf Noumea- Numbo) pour les observations de h-3 à h-2 heures. La partie humide des ces délais est fortement corrélée au contenu en vapeur d’eau de l’atmosphère et donc aux précipitations potentielles dans les heures qui suivent. L’assimilation de ces données aux modèles de prévision de Météo France est en phase de tests et améliorera probablement la qualité des modèles météo utilisés en Nouvelle-Calédonie.
  • Le programme de recherche en météorologie américano-taiwanais COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionospheric and Climate) qui utilise les flux de données temps réel RTCM3 des stations NRMD et KOUC

 

Contenu des collaborations scientifiques :

 

Exploitation des séries temporelles de coordonnées :

L’exploitation des séries temporelles que forment les coordonnées journalières ITRF des stations GNSS permanentes du réseau Banian, ainsi que celles des divers points géodésiques stationnés par GNSS à intervalles réguliers (points pivots des blocs) permettent de mieux connaître les déplacements de la Nouvelle-Calédonie par rapport au centre de la Terre.

Une fois débarrassées des erreurs et artefacts liés, par exemple, à un changement de matériel, ces déplacements peuvent être séparés en quatre catégories :

  • les déplacements instantanés locaux ou régionaux associés à des séismes (rupture nette)
  • les déplacements locaux liés à des instabilités ou à un contexte géologique spécifique qui sont rapides sans êtres instantanés
  • les déplacements régionaux, principalement annuels, qui peuvent être d’origine océanique, hydrologique ou atmosphérique (effets de surcharge) et qui sont principalement visibles sur la composante verticale
  • les déplacements lents, dits séculaires, qui dominent largement les séries temporelles Est et Nord et qui sont associés aux déplacements de la plaque tectonique Australienne.

 

Chacun de ces déplacements peut être extrait des séries temporelles des stations (mises en ligne sur la fiche correspondante).

 

  1. Tectonique des plaques

 

En premier lieu, l’analyse des déplacements Est et Nord montrent que la Nouvelle-Calédonie se déplace de 5.2 à 5.5 cm par an selon les lieux, vers le Nord-Est. Cette vitesse est à comparer avec les vitesses des stations GPS de la côte Est Australienne et surtout celles des Vanuatu voisines afin d’estimer, d’une part, la déformation intra-plaque pour la plaque Australienne, et d’autre part la vitesse de convergence des plaques Australienne et Pacifique au niveau de la faille des Nouvelles-Hébrides.

L’analyse des variations de ces vitesses horizontales à l’échelle-même de la Nouvelle-Calédonie montre un gradient Nord-Sud, avec des vitesses légèrement supérieures au Nord (Koumac, Poum) pouvant montrer une déformation interne à Grande Terre pouvant atteindre 3 mm/an.

Séries temporelles relatives (coordonnées moyennes retirées en Est, Nord et Hauteur ellipsoïdale des stations de Lifou à gauche et Nouméa – Vallée du Tir à droite). On y distingue les effets de la tectonique (pente en Est et Nord et aussi légèrement en verticale), les effets de deux séismes à Lifou, et des effets saisonniers, surtout à Nouméa)

KOUMAC- Séries temporelles et vitesses

Vitesses planimétriques absolues  (ITRF08)                                               Vitesses planimétriques par rapport à Nouméa

 

Lien vers l’unité de recherche partenaire GEOAZUR de l’IRD Nouvelle-Calédonie :

http://nouvelle-caledonie.ird.fr/recherche-et-missions/unites-de-recherche/tectonique-sismologie-et-tsunamis

 

 

2- Vitesses verticales et application à la connaissance de l’élévation du niveau des mers

 

L’analyse des vitesses verticales requiert une attention encore plus fine, puisque d’une part les vitesses y sont plus faibles, et d’autre part parce que la composante verticale est davantage bruitée et davantage soumise à divers biais et artefacts (environnement, modèles d’antenne) et davantage sensible aux paramètres du traitement GNSS (modèles troposphériques, horloges, orbites, modèles stochastiques de variations du délai troposphérique).

 

Les vitesses verticales peuvent avoir diverses sources (principalement tectonique mais d’autres contributions – surcharge océanique par exemple – ne sont pas à exclure) et sont faibles en Nouvelle-Calédonie (maximum -2.5 à -3mm/an). Globalement, la côte Ouest, Lifou et Maré s’enfoncent légèrement (-1 à -2 mm/an) alors que la côte Est est relativement stable.

 

Vitesses verticales absolues

 

La connaissance des mouvements verticaux est importante, notamment vis-à-vis de l’élévation du niveau de mers au niveau du littoral. En effet les marégraphes classiques mesurent les variations relatives du niveau de la mer, par rapport au sol. Or les vitesses verticales du sol sont du même ordre de grandeur (quelques mm/an) que celles de l’élévation du niveau des mers. Pour ainsi anticiper et quantifier les futures élévations du niveau de la mer, notamment dans les zones très sensibles comme Ouvéa, il est nécessaire de connaître les mouvements verticaux du sol pour anticiper les futurs effets des variations du niveau de la mer sur l’environnement.

 

http://www.sonel.org/spip.php?page=gps&idStation=3627.php

http://www.sonel.org/spip.php?page=gps&idStation=3562.php

http://www.sonel.org/spip.php?page=gps&idStation=3564.php

http://www.sonel.org/spip.php?page=gps&idStation=3551.php

 

 

 

 

Pourquoi il est nécessaire de connaître les mouvements verticaux du sol quand on souhaite mesurer précisément l’élévation du niveau des mers

Installations co-localisées GPS / marégraphes à Maré et Nouméa-Numbo

(Stations du réseau SONEL)

Ces sujets font l’objet de travaux de recherche en collaboration avec l’Institut de Recherche et Développement et l’Université de la Rochelle, avec par exemple une communication au congrès de l’International Association of Geodesy à Sydney en février 2016 :

Horizontal and vertical deformation field in New Caledonia, South West Pacific, derived from more than 20 years of GNSS measurements, V.Ballu, S.Calmant, P.Valty, B.Pelletier, 2016)

http://adsabs.harvard.edu/abs/2015AGUFM.G13A1009B

 

La thématique « mouvements verticaux » est étudiée avec ces mêmes organismes, plus le SHOM et l’IGN, regroupés dans le projet SONEL (Système d’Observations du Niveaux des eaux Littorales) qui a été partenaire de la DITTT dans l’installation des stations de NBTG et MRTG.

 

 

3- Séismes

 

Les effets des séismes dans les séries sont aussi un sujet de recherche. Ils sont particulièrement étudiés aux îles Loyauté à cause de la proximité de la limite de plaques. L’analyse de leurs effets sur les déplacements aux stations GNSS permet de mieux appréhender leur signature, comme ici sur les stations de Lifou (ci-dessus) et Maré (ci-dessous).

Coordonnées Est et Nord de la station de Maré

 

 

Plus de renseignements :

http://nouvelle-caledonie.ird.fr/recherche-et-missions/unites-de-recherche/tectonique-sismologie-et-tsunamis

http://seisme.nc/index.php?lang=fr

 

 

4- Mouvements locaux

 

Les déplacements locaux rapides sont souvent vus comme des erreurs. Ils peuvent en effet être associés à une instabilité de la monumentation ou du bâtiment sur lequel les stations sont installées. Mais parfois, et c’est le plus souvent le cas, il s’agit de mouvement d’origine géologique (mouvements de terrain) ou hydrogéologique. C’est sans doute le cas à GORO où les mouvements verticaux sont soumis à des variations anormalement fortes, peut être associée au stockage d’eau dans une retenue voisine.

Importants mouvements isolés sur la station de GORO sur la composante verticale.

 

 

Mouvements verticaux associés au cycle de l’eau

Une fois la vitesse retirée, les mouvements verticaux montrent une saisonnalité parfois marquée, bien que d’amplitude relativement faible par rapport aux zones continentales, avec un signal annuel dominant liée au cycle de l’eau (surcharge océanique, hydrologique ou atmosphérique). L’analyse de ces mouvements est menée là encore, en collaboration avec l’Université de la Rochelle.

Plus de renseignements : http://geophy.uni.lu/

Effets saisonniers sur les mouvements verticaux de la station de Nouméa – vallée du Tir