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Field optical clocks and sensitivity to mass anomalies for geoscience applications / Guillaume Lion (2023)  

Public Titre : Field optical clocks and sensitivity to mass anomalies for geoscience applications Type de document : Article/Communication Auteurs : Guillaume Lion , Auteur ; Gwendoline Pajot-Métivier , Auteur ; Kristel Chanard , Auteur ; Michel Diament , Auteur Editeur : Munich [Allemagne] : European Geosciences Union EGU Année de publication : 2023 Projets : ROYMAGE / Letargat, Rodolphe Conférence : EGU 2023, General Assembly 23/04/2023 28/04/2023 Vienne Autriche OA Abstracts only Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie spatiale [Termes IGN] analyse de sensibilité [Termes IGN] anomalie de pesanteur [Termes IGN] chronométrie [Termes IGN] horloge optique Index. décimale : 30.60 Géodésie spatiale Résumé : (auteur) 350 years ago, the pendulum clock for astronomical observations was diverted to become an instrument for measuring gravity. The measurement of the parallax of Mars by Richer and Cassini from Cayenne and Paris showed that the period of a periodic oscillator depends on the gravity field. A link was thus established between the improvement of time measurement and the knowledge of the phenomena that govern it. Since then, the performance and nature of clocks have evolved considerably. Today, atomic clocks are used in various fields that are essential to modern society, such as the realisation of international atomic time (TAI), satellite navigation (GNSS), geodesy, the traceability of trading events, etc. In the framework of the french ANR ROYMAGE, we are interested in the contribution of a transportable optical field clock for geoscience applications by using the principle of chronometric geodesy. The idea is based on the gravitational redshift, a relativistic effect that predicts that the beat of a clock depends on the speed at which it is moving and the strength of the surrounding gravitational potential. In practice, this means that if we compare the beat of two clocks, then it is possible to directly measure a difference in gravitational potential (or a change in height) between these two clocks. This type of measurement is original because classical geodetic techniques only allow to determine the potential indirectly from gravimetric and classical levelling data. In this work, we model the gravitational signature (potential, acceleration and tensor) of a mass anomaly as a function of its geometry, depth, size and density contrast. These synthetic simulations allow us to identify which types of structures can be detected by clock comparison measurements with a relative frequency uncertainty fixed at 10-17-18-19 (i.e. a vertical sensitivity of less than 10 cm - 1 cm - 1 mm respectively). We are also interested in the spatial resolution required for a clock measurement to detect two mass anomalies depending on its orientation. Finally, we show that this new chronometric observable combined with gravimetry and gradiometry data could allow a better separation of the sources by adding an additional constraint thanks to the medium and long wavelength gravitational information it provides. Numéro de notice : C2023-003 Affiliation des auteurs : UMR IPGP-Géod+Ext (2020- ) Autre URL associée : vers HAL Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Poster nature-HAL : Poster-avec-CL DOI : 10.5194/egusphere-egu23-3646 En ligne : https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-3646 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=103216

Géophysique / Jacques Dubois (2022)

Public Titre : Géophysique : cours avec exercices corrigés Type de document : Guide/Manuel Auteurs : Jacques Dubois, Auteur ; Michel Diament , Auteur ; Jean-Pascal Cogné, Auteur Editeur : Paris : Dunod Année de publication : 2022 Collection : Sciences Sup, ISSN 1636-2217 num. 5ème édition Importance : 272 p. Format : 17 x 24 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-2-10-083926-1 Note générale : Bibliographie Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géophysique interne [Termes IGN] anomalie de pesanteur [Termes IGN] champ électromagnétique [Termes IGN] figure de la Terre [Termes IGN] géomagnétisme [Termes IGN] levé gravimétrique [Termes IGN] sismologie [Termes IGN] trigonométrie sphérique Index. décimale : 47.10 Géophysique interne Résumé : (Editeur) Ce manuel de cours avec exercices corrigés fournit les notions de base de la physique du globe et de la géophysique fondamentale et appliquée : étude des séismes et de la propagation des ondes dans le globe terrestre, étude du champ de gravité terrestre et des anomalies gravimétriques, étude du champ magnétique terrestre et du paléomagnétisme. Des compléments sont également fournis sur la prospection électrique, sur les méthodes sismique pour la prospection et sur toute la géophysique liée à l’utilisation du radar. Quelques nouvelles études de cas sur l’utilisation de certaines techniques de géophysique dans le domaine de la géotechnique ont été ajoutées et les exercices ont été renouvelés. Note de contenu : 1. Notions de base 2. Forme de la Terre et mesures de la pesanteur 3. Anomalies gravimétriques 4. La sismologie 5. La prospection sismique 6. Le géomagnétisme 7. La prospection électrique Annexe A - Trigonométrie sphérique Numéro de notice : 26780 Affiliation des auteurs : non IGN Nature : Manuel de cours Accessibilité hors numérique : Accessible à Georges Pérec (Id UGE) Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99908

From space to lithosphere: inversion of the GOCE gravity gradients. Supply to the Earth’s interior study / Matthieu Plasman in Geophysical journal international, vol 223 n° 1 (October 2020)  

Public [article]  inGeophysical journal international > vol 223 n° 1 (October 2020) . - pp 398 - 419 Titre : From space to lithosphere: inversion of the GOCE gravity gradients. Supply to the Earth’s interior study Type de document : Article/Communication Auteurs : Matthieu Plasman, Auteur ; Christel Tiberi, Auteur ; Cécilia Cadio, Auteur ; Anita Thea Saraswati, Auteur ; Gwendoline Pajot-Métivier , Auteur ; Michel Diament , Auteur Année de publication : 2020 Projets : 3-projet - voir note / Letargat, Rodolphe Article en page(s) : pp 398 - 419 Note générale : bibliographie TOSCA project financing (PIGGS project) Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] anomalie de pesanteur [Termes IGN] données GOCE [Termes IGN] géophysique interne [Termes IGN] gradient de gravitation [Termes IGN] gravimétrie spatiale [Termes IGN] lithosphère [Termes IGN] problème inverse Résumé : (auteur) The emergence of high resolution satellite measurements of the gravitational field (GOCE mission) offers promising perspectives for the study of the Earth’s interior. These new data call for the development of innovant analysis and interpretation methods. Here we combine a forward prism computation with a Bayesian resolution approach to invert for these gravity gradient data configuration. We apply and test our new method on satellite data configuration, that is 225 km height with a global and homogeneous geographic distribution. We first quantify the resolution of our method according to both data and parametrization characteristics. It appears that for reasonable density contrast values (0.1 g cm−3) crustal structures have to be wider than ∼28 km to be detectable in the GOCE signal. Deeper bodies are distinguishable for greater size (35 km size at 50 km depth, ∼80 km at 300 km depth). We invert the six tensor components, among which five are independent. By carefully testing each of them and their different combinations, we enlighten a trade off between the recovery of data and the sensitivity to inversion parameters. We particularly discussed this characteristic in terms of geometry of the synthetic model tested (structures orientation, 3-D geometry, etc.). In terms of RMS value, each component is always better explained if inverted solely, but the result is strongly affected by the inversion parametrization (smoothing, variances, etc.). On the contrary, the simultaneous inversion of several components displays a significant improvement for the global tensor recovery, more dependent on data than on density variance or on smoothness control. Comparing gravity and gradient inversions, we highlight the superiority of the GG data to better reproduce the structures especially in terms of vertical location. We successfully test our method on a realistic case of a complex subduction case for both gradient and gravity data. While the imaging of small crustal structures requires terrestrial gravity data set, the longest wavelength of the slab is well recovered with both data sets. The precision and homogeneous coverage of GOCE data however, counterbalance the heterogeneous and often quite non-existence coverage of terrestrial gravity data. This is particularly true in large areas which requires a coherent assemblage of heterogeneous data sets, or in high relief, vegetally covered and offshore zones. Numéro de notice : A2020-823 Affiliation des auteurs : UMR IPGP-Géod+Ext (2020- ) Autre URL associée : vers HAL Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1093/gji/ggaa318 Date de publication en ligne : 26/06/2020 En ligne : https://doi.org/10.1093/gji/ggaa318 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=97260 [article]

Joint inversion of GPS and high-resolution GRACE gravity data for the 2012 Wharton basin earthquakes / Michel Diament in Journal of geodynamics, vol 136 (May 2020)  

Public [article]  inJournal of geodynamics > vol 136 (May 2020) . - n° 101722 Titre : Joint inversion of GPS and high-resolution GRACE gravity data for the 2012 Wharton basin earthquakes Type de document : Article/Communication Auteurs : Michel Diament , Auteur ; Valentin O. Mikhailov, Auteur ; Elena P. Timoshkina, Auteur Année de publication : 2020 Projets : TOSCA / Letargat, Rodolphe Article en page(s) : n° 101722 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] coordonnées GPS [Termes IGN] déformation de la croute terrestre [Termes IGN] données GRACE [Termes IGN] élasticité [Termes IGN] Indien (océan) [Termes IGN] séisme [Termes IGN] viscosité Résumé : (auteur) The Wharton basin is situated in the north-eastern part of the Indian Ocean. In 2012 it hosted the largest intraplate strike-slip earthquakes ever recorded by geophysical networks. The Mw 8.6 earthquake of April 11, 2012, was preceded by a major foreshock (Mw 7.2) on January 10 and was followed two hours afterward by a Mw 8.2 event. These three large events occurred at the diffuse boundary between the Indian and Australian plates and were almost pure strike-slips on sub-vertical rupture surfaces. Using GRACE data, we first extracted the coseismic and postseismic gravity signals caused by these earthquakes. Then we fitted both GPS and the highest available spatial resolution of GRACE data using the geometry of the fault system suggested by Hill et al. (2015). We propose a regularization, which allows to solve for a linear problem in order to invert GPS and GRACE data under constraints on the rake angle. Our inversion yields a uniform displacement field on all elements of a given fault plane. Our solution shows that even the main displacement occurred on WNW trending faults, comparable displacement also occurred on a rupture striking NNE. Hence, we show that the deformation in this diffuse plate boundary region in 2012 was accommodated by displacements along both fault-systems. A viscoelastic relaxation of the asthenosphere with a Maxwell viscosity 1019 Pa∙s successfully explains the postseismic displacements at GPS sites and postseismic gravity signals. The limited postseismic aftershock activity suggests small postseismic slip in the area of the 2012 Wharton earthquakes contrary to what is often observed after large subduction event. Because a part of the observed signal could be related to afterslip, our obtained Maxwell viscosity value should be considered as a lower limit of the asthenospheric viscosity below the Wharton basin. Numéro de notice : A2020-876 Affiliation des auteurs : UMR IPGP-Géod+Ext (2020- ) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1016/j.jog.2020.101722 Date de publication en ligne : 20/03/2020 En ligne : https://doi.org/10.1016/j.jog.2020.101722 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99670 [article]

Gradiomètre planaire aéroporté pour l'étude de la gravité en zones littorales / Karim Douch (2015)  

Public Titre : Gradiomètre planaire aéroporté pour l'étude de la gravité en zones littorales Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Karim Douch , Auteur ; Michel Diament , Directeur de thèse ; Isabelle Panet , Encadrant ; Bruno Christophe, Encadrant Editeur : Paris : Université Sorbonne Paris Cité Année de publication : 2015 Importance : 176 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie Thèse préparée à l’Institut de physique du globe de Paris, École doctorale STEP’UP - ED N°560, IPGP - Équipe de gravimétrie et géodésie spatiale, en Sciences de la Terre et de l’environnement Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique [Termes IGN] géodésie marine [Termes IGN] gradient de gravitation [Termes IGN] gradiomètre [Termes IGN] gravimétrie aérienne [Termes IGN] littoral Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Les variations du champ de gravité aux échelles inférieures à 100 km recèlent beaucoup d'informations utiles en géodésie, géophysique et prospection mais restent peu couvertes. C'est notamment le cas des transitions terre-mer où les données gravimétriques sont éparses et de qualité hétérogène. Pour dépasser ces limitations, nous proposons d'utiliser la gradiométrie en gravimétrie aéroportée et analysons dans cette thèse un nouveau concept de gradiomètre électrostatique : GREMLIT. Dans un premier temps, l'adaptation de cet instrument ultrasensible à l'environnement dynamique d'un avion est étudiée. Les accélérations sur les axes sensibles des accéléromètres composant le gradiomètre doivent, en effet, rester inférieures à 10e-4m.s-2 pour éviter la saturation. La solution proposée consiste à fixer GREMLIT sur une plateforme asservie en rotation. Cette solution est évaluée pour des conditions de vol réelles et validée. Par la suite, nous estimons grâce à un simulateur l'erreur totale sur les gradients de gravité qui seraient déterminés lors d'un relevé aéroporté. Cette simulation comprend notamment une phase indispensable d'étalonnage des biais des gyromètres qui est décrite. Nous montrons qu'il est possible d'atteindre une précision 1E/(Hz)1/2 pour une résolution de 2 km après un filtrage gaussien sur les gradients de gravité exprimés dans le repère local. L'utilisation et l'intérêt de la gradiométrie aéroportée pour l'étude des courants côtiers sont finalement discutés. A cet effet, les bases d'une méthode numérique de calcul de la déviation de la verticale à partir d'une grille de mesure de gradient de pesanteur sont présentées. Numéro de notice : 14510 Affiliation des auteurs : LASTIG LAREG (2012-mi2018) Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : thèse : Sciences de la Terre et de l’environnement : IPGP : 2015 Organisme de stage : LAREG (IGN) & ONERA nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-01151736 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=83232

Ultra-sensitive electrostatic planar acceleration gradiometer for airborne geophysical surveys / Karim Douch in Measurement Science and Technology, vol 25 n° 10 (October 2014)  

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Comparative study of temporal variations in the earth’s gravity field using GRACE gravity models in the regions of three recent giant earthquakes / Valentin O. Mikhailov in Izvestiya, Physics of the Solid Earth, vol 50 n° 2 (March 2014)  

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Mapping the mass distribution of Earth's mantle using satellite-derived gravity gradients / Isabelle Panet in Nature geoscience, vol 7 n° 2 (February 2014)  

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Numerical modelling of post-seismic rupture propagation after the Sumatra 26.12.2004 earthquake constrained by GRACE gravity data / Valentin O. Mikhailov in Geophysical journal international, vol 194 n° 2 (August 2013)  

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A new planar electrostatic gravity gradiometer for airborne surveys / Karim Douch (2013)  

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New constraints on the origin of the Hawaiian swell from wavelet analysis of the geoid-to-topography ratio / Cécilia Cadio in Earth and planetary science letters, vol 359–360 (15 December 2012)  

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Recent changes of the Earth’s core derived from satellite observations of magnetic and gravity fields / Mioara Mandea in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PNAS, vol 109 n° 47 (November 2012)  

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Wavelet‐based directional analysis of the gravity field : evidence for large‐scale undulations / M. Hayn in Geophysical journal international, vol 189 n° 3 (June 2012)  

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Pacific geoid anomalies revisited in light of thermochemical oscillating domes in the lower mantle / Cécilia Cadio in Earth and planetary science letters, vol 306 n° 1-2 (June 2011)  

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Signature des séismes dans le champ de pesanteur / Isabelle Panet in XYZ, n° 127 (juin - août 2011) 

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