Grace, Gravimétrie, Hydrologie, Cryosphère, M-Ssa, Reconstruction de données, Résolution spatiale, Bilan de masse, Déformation du sol

Le changement climatique aggrave la pénurie d'eau douce, menaçant les populations et les écosystèmes. La fonte des glaces, les précipitations irrégulières et l'évaporation plus rapide exercent une pression importante sur les ressources agricoles et hydriques. De plus, la redistribution de l'eau des continents vers l'océan contribue à l'élévation du niveau de la mer, menaçant les zones côtières. Une approche multidisciplinaire est essentielle pour surveiller l'évolution des ressources en eau douce. La Géodésie, l'étude de l'évolution de la forme de notre planète, est un outil clé dans ce contexte. Les missions satellites Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) et Follow-On (GRACE-FO) fournissent des mesures mensuelles du champ de gravité terrestre depuis 2002, révélant les redistributions de masse hydrologique à grande échelle. Cependant, ces observations souffrent d'une résolution spatiale limitée, d'un bruit corrélé important et d'observations manquantes, ce qui entraîne de grandes incertitudes dans les estimations de bilans de masse hydrologiques aux échelles régionales et globales. Dans cette thèse, je développe des méthodes innovantes pour réduire le bruit et estimer avec précision les bilans de masse hydrologiques à partir des observations GRACE/-FO. Le chapitre 1 fournit une introduction détaillée aux missions GRACE/-FO, aux techniques de traitement des données et à leurs applications variées en géophysique. L'amélioration de la résolution spatiale et temporelle de ces données est désormais essentielle pour permettre encore plus d'applications. Dans le chapitre 2, je propose une méthode de filtrage, s'appuyant sur les travaux de Prevost et al., 2019, qui améliore la résolution spatiale et comble objectivement les observations manquantes des données GRACE/-FO. Ceci est accompli à l'aide d'une méthode statistique : la "Multichannel Singular Spectrum Analysis" (M-SSA) qui exploite les corrélations spatio-temporelles. Cette méthode filtre efficacement les données, révélant ainsi des signaux à petite échelle tels que certains lacs de barrage ou glaciers. Le chapitre 3 présente une méthode pour estimer le bilan de masse hydrologique de sources spécifiques à partir des données GRACE/-FO et corrige de l'erreur de filtrage. Nous isolons ainsi des sources hydrologiques à partir de mesures gravimétriques intégrées. Nous appliquons la méthode pour déterminer les variations de masse de la mer Caspienne entre 2003 et 2021 et cherchons à valider nos observations par comparaison avec des données marégraphiques et altimétriques. L'excellent accord entre toutes ces estimations démontre l'efficacité de la méthode. Dans le Chapitre 4, nous étendons cette méthode à la calotte Cook, dans l'archipel des Kerguelen. Une comparaison avec des estimations de la masse de glace obtenues à partir de la différenciation de modèles numériques de terrain suggère une contribution viscoélastique au bilan de masse issu de GRACE/-FO, en lien avec la fonte récente de la calotte. Pour confirmer cette hypothèse, nous modélisons la déformation du sol causée par les changements d'élévation de la glace. La comparaison de ces résultats avec les mesures de RADAR interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) suggère aussi une déformation viscoélastique transitoire en réponse à la fonte décennale des glaces.