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Calcul d'un modèle de géoïde gravimétrique, évaluation de ses applications au nivellement par GPS et interprétation géophysique de ses ondulations sur le Cameroun / J. Kamguia (2005)
Titre : Calcul d'un modèle de géoïde gravimétrique, évaluation de ses applications au nivellement par GPS et interprétation géophysique de ses ondulations sur le Cameroun Type de document : Mémoire Auteurs : J. Kamguia, Auteur Editeur : Champs-sur-Marne : Ecole nationale des sciences géographiques ENSG Année de publication : 2005 Importance : 230 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Mémoire de fin de cycle de formation des ingénieurs géographes présenté en vue d'obtenir le diplôme de mastère Photogrammétrie, positionnement et mesures de déformations MPPMDLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géodésie physique
[Termes IGN] anomalie de pesanteur
[Termes IGN] Cameroun
[Termes IGN] champ de pesanteur local
[Termes IGN] géoïde gravimétrique
[Termes IGN] géoïde local
[Termes IGN] levé gravimétrique
[Termes IGN] modèle de géopotentiel
[Termes IGN] nivellement par GPSIndex. décimale : MPPMD Mémoires du mastère spécialisé Photogrammétrie, Positionnement et Mesures de Déformation Résumé : (Auteur) En utilisant des concepts théoriques modernes et des algorithmes récents de traitement de données, le premier modèle de geoïde du Cameroun a été mis au point, à partir de: anomalies de pesanteur. Le calcul est basé sur la méthode de terrain résiduel (RTM), couplée ; la technique de retrait - intégration - restauration. L'algorithme permet de déterminer un modèle de quasi-géoïde. Cette surface équipotentielle intermédiaire est ensuite convertie en géoïde cherché, en utilisant une grille d'anomalies de Bouguer simples interpolées sur là zone cible. La composante de grandes longueurs d'onde du geoïde du Cameroun est issue d'un modèle géopotentiel global hybride : EGM-GGM. Il a été obtenu en se servant du modèle global de GRACE, GGM02C développé jusqu'aux degrés et ordres 200, et ajusté aux degrés et ordres 36C en utilisant les coefficients de développement du modèle géopotentiel EGM96 à partir du degré 201. Les composantes de moyennes longueurs d'onde ont été déterminées en utilisant une grille d'anomalies gravimétriques résiduelles et par intégration dans la formule de Stokes, en mer el sur la terre ferme. Le modèle numérique de terrain GLOBE (Global One - kilomètre Base Elevation) a fourni ses composantes de faibles longueurs d'ondes et une partie des données altimétriques utilisées. Les couvertures gravimétriques terrestres et marines ont été combinées, afin d'augmenter la densité des données utilisées et la précision du geoïde obtenu. De plus, les données gravimétriques issues de l'altimétrie par satellite ont été prises en compte en mer. Les anomalies gravimétriques résiduelles ont été transformées en grille régulière par interpolation, en utilisant une technique prenant en compte les traits caractéristiques particuliers du champ de pesanteur sur le Cameroun et ses environs, avant le calcul du geoïde résiduel. La comparaison à un modèle de geoïde géométrique issu d'un réseau de points GPS/nivelés dans une partie du Cameroun (région de Douala) a montré que la précision absolue du premier modèle de geoïde est d'environ 14 cm et 11 cm, respectivement avant et après ajustement à la référence des altitudes orthométriques du nivellement général du Cameroun et en utilisant un modèle de régression linéaire. Cette surface équipotentielle peut donc intervenir dans le nivellement par GPS pour matérialiser des points d'au moins de troisième ordre sur une partie du Cameroun.
Le modèle de geoïde du Cameroun est apparu comme une source d'informations sujettes à une interprétation géophysique qualitative, en termes de caractéristiques géologiques de la subsurface au Cameroun. Le rôle du geoïde en géophysique est alors illustré dans le pays et ses environs. Les composantes de grandes longueurs d'onde du geoïde, qui ont une origine dans les profondeurs de la Terre, sont progressivement filtrées et éliminées à l'aide du modèle géopotentiel global EGM-GGM, pour obtenir les parties résiduelles portant les signatures des structures géologiques superficielles qui intéressent les géophysiciens. L'interprétation qualitative montre que, en fonction du degré de filtrage, les différents géoïdes résiduels obtenus cartographient assez bien les positions de la plupart des structures géologiques connues de la subsurface au Cameroun. Ainsi, le geoïde peut être utilisé pour localiser des anomalies de densité inconnues du sous-sol. Cette surface équipotentielle peut par conséquent fournir des informations pertinentes d'ordre géophysique sur la structure interne de la Terre, complémentaires aux autres méthodes de la géophysique et aux données indépendantes.Note de contenu : Chapitre 1 : Introduction générale
1- Généralités
1-1- Définition et applications du géoïde
1-2- Evolution des réseaux géodésiques et de nivellement du Cameroun
1-3- Quelques modèles de géoïde en Afrique
1-4- Calcul du géoïde gravimétrique
1-5- Place du géoïde en géophysique
2- Objectifs scientifiques du travail
2-1- Cadre du travail
2-2- Objectifs poursuivis
2-3- Données et méthodes
3- Les différentes articulations du travail
Chapitre 2 : Généralités sur la détermination du géoïde et le nivellement par GPS
1- Introduction
2- Fondements théoriques de la détermination du géoïde
2-1- Le champ et le potentiel de pesanteur terrestres
2-1-1- La pesanteur terrestre
2-1-2- Le potentiel de pesanteur terrestre
2-1-3- Modélisation du champ de pesanteur en harmoniques sphériques
2-2- Champ de pesanteur normal
2-2-1- Définitions
2-2-2- Développement en harmoniques sphériques du potentiel normal
2-3- Relation fondamentale de la géodésie physique et potentiel perturbateur
2-4- Résolution du système : solution de Stokes
2-4-1- Description de la solution
2-4-2- Contraintes de l'application de la formule de Stokes
2-5- Résolution du système : solution de Molodensky
2-5-1- Description de la solution
2-5-2- Développement de la solution de Molodensky
2-5-3- Relation entre les solutions de Stokes et de Molodensky
2-5-4- Choix de la solution pour le géoïde du Cameroun
3- Mesure des altitudes
3-1- Généralités
3-2- Le « Global Positioning System (GPS) » et la mesure des altitudes
3-2-1- La propagation des ondes GPS dans l'atmosphère
3-2-1-1- L'ionosphère
3-2-1-2- La troposphère
3-2-2- les erreurs d'orbites des satellites
3-2-3- Variation du centre de phase de l'antenne GPS
3-2-4- Les multi-trajets
3-4- Le nivellement géométrique et les systèmes d'altitudes usuels
3-4-1- Altitudes orthométriques
3-4-2- Altitudes normales
3-4-3- Relation entre les altitudes orthométriques et normales
3-5- Les modèles de géoïde géométriques
3-5-1- Calcul du geoïde à partir des données GPS et de nivellement
3-5-2- Autres méthodes de calcul de géoïdes géométriques
3-5-2-1- La méthode astro-géodésique
3-5-2-2- La méthode altimétrique satellitaire
3-6- Les modèles de champ globaux
3-6-1- Définitions et applications des modèles de champ globaux
3-6-2- Types de modèles géopotentiels globaux
3-6-3- Expression des modèles géopotentiels globaux
3-7- Autres techniques de calcul de geoïde
3-8- Différentes méthodes de traitements de la topographique au-dessus du geoïde . 3-8-1-Contexte
3-8-2- Traitement des masses topographiques
4- Conclusion
Chapitre 3 : Les données utilisées : disponibilité, qualité, prétraitement et évaluation
1- Introduction
2- Les données gravimétriques du Cameroun
2-1- Disponibilité des données gravimétriques
2-1-1- La zone de données et la zone cible
2-1-2- Disponibilité et qualité des données gravimétriques
2-1-3- Contrôle des données gravimétriques
2-2- Corrections des données et anomalies gravimétriques
2-2-1- Généralités sur les corrections et les anomalies gravimétriques
2-2-2- Correction à l'air libre - anomalies à l'air libre
2-2-3- Correction atmosphérique
2-2-4- Corrections de Bouguer - anomalies de Bouguer
2-2-5- Correction isostatique - anomalies isostatiques
2-2-5-1- Principe théorique de l'isostasie
2-2-5-2- Correction isostatique (Modèle d'Airy)
2-2-5-3- Anomalie isostatique (Modèle d'Airy)
2-2-6- Précision des données gravimétriques et des coordonnées des stations
2-2-7- Effets d'une densité topographique réelle variable
2-3- Les données gravimétriques issues de l'altimétrie satellitaire
2-3-1-Généralités
2-3-2- Disponibilité des données d'altimétrie utilisées
2-3-3- Combinaison des données gravimétriques
3- Le geoïde géométrique GPS/nivellement au Cameroun
3-1- Les données GPS/nivelées disponibles
3-2- Geoïde géométrique GPS/nivellement de la région de Douala
4- Détermination du modèle géopotentiel global le plus indiqué au Cameroun
4-1- Introduction
4-2- Les modèles géopotentiels disponibles
4-3- Comparaison statistique des données des différents modèles globaux
4-3-1- Données à comparer
4-3-2- Comparaison des ondulations géoïdales géométriques et des modèles globaux
4-3-3- Comparaison des anomalies gravimétriques à l'air libre (terrestres et marines
4-3-4- Comparaison des anomalies gravimétriques issues de l'altimétrie par satellite
4-4- Discussions et choix du modèle géopotentiel le plus indiqué
5- Les modèles numériques de terrain (MNT)
5-1- Définition et disponibilité du MNT sur le Cameroun
5-2- Le modèle retenu
6- Conclusion
Chapitre 4 : Les traits structuraux caractéristiques du champ de pesanteur à travers le Cameroun
1- Généralités
1-1- Introduction
1-2- Analyse théorique des différents types d'anomalies gravimétriques testées
2- Les sous-zones d'étude des traits caractéristiques du champ de pesanteur
2-1- Comparaison des anomalies de Bouguer et à l'air libre dans la zone d'étude
2-2- Choix des sous-zones tests
2-3- Choix des profils
3-Analyse des types d'anomalies dans les sous-zones
3-1- Comparaison statistique
3-2- Conclusion
4- Comparaison des résultats suivant les profils
4-1- Comportement des anomalies gravimétriques
4-2- Comparaison statistique des anomalies gravimétriques
4-3- Comparaison des puissances spectrales
4-4- Résumé des principaux résultats
5- Causes, des caractéristiques particulières du champ de la pesanteur au Cameroun
6- Discussions des principaux résultats
7- Conclusion
Chapitre 5 : Interpolation des données gravimétriques du Cameroun et ses environs
1- Généralités
1-1- Introduction
1-2- Caractéristiques de la fonction d'interpolation
2- Les méthodes d'interpolation utilisées
2-1- L'ajustement polynomial par moindres carrés
2-2- La méthode d'interpolation par l'inverse de la distance
2-3- La méthode de courbure minimum (avec ou sans facteur de tension)
2-4- La méthode de krigeage
2-5- La méthode du plus proche voisin
2-6- Schémas d'interpolation et choix de la meilleure méthode
2-6-1- Stratégies d'évaluation
2-6-2- Représentation des données
2-6-3- Choix des pas de grilles
3- Comparaison des résultats et choix de la méthode d'interpolation
3-1- Description des données des quatre sous-zones et des données de contrôle
3-2- Comparaison des résultats de quatre méthodes d'interpolation (avec leurs variantes) des données gravimétriques au Cameroun
3-3- Meilleur processus pour l'interpolation des données gravimétriques au Cameroun
4- Conclusion
Chapitre 6 : Application de la méthode de terrain résiduel au calcul du premier modèle de géoïde du Cameroun
1-1ntroduction
2- La technique de retrait- intégration - restauration (RIR1)
2-1- Principe théorique
2-2- Schéma général de la technique
2-3- Contribution du modèle géopotentiel universel
3- La méthode de terrain résiduel (RTM)
3-1- Définition et avantages de la méthode
3-2- Principes et étapes de la méthode RTM
4- Application pratique au calcul du géoïde gravimétrique du Cameroun
4-1 Introduction
4-2- Calcul du géoïde du Cameroun
4-2-1- Calcul de modèles de quasi-géoïde du Cameroun
4-2-2- Réalisation pratique du Calcul du quasi-géoïde
4-2-3- Conversion du quasi-géoïde en géoïde
5- Discussions et conclusion
Chapitre 7 : Evaluation et ajustement du géoïde gravimétrique du Cameroun
1- Introduction
2- Evaluation quantitative du géoïde gravimétrique du Cameroun
2-1- Comparaison entre les modèles de géoïde
2-2- Comparaison au géoïde GPS/nivellement
2-3- Précision absolue du géoïde gravimétrique CGM05
3- Ajustement du géoïde gravimétrique du Cameroun CGM05
3-1- Introduction
3-2- Modèle d'ajustement du géoïde gravimétrique du Cameroun
3-3- Surface ajustée et utilisable dans le nivellement GPS au Cameroun
3-4- Comparaison des ondulations après ajustement
4- Conclusion
Chapitre 8 : Place du géoïde en géophysique : Application au géoïde gravimétrique Cameroun
1- Introduction
2- Bases de l'interprétation géophysique des ondulations du géoïde
3- Interprétation des ondulations de grandes longueurs d'onde du CGM05
3-1-Analyse de la carte de géoïde CGM05
3-2- Corrélation avec la géologie
4- Interprétations des composantes de hautes fréquences du CGM05
4-1- Analyse spectrale du géoïde
4-1-1- Introduction
4-1-2- Analyse spectrale et profondeur des structures sources de l'anomalie géoïdale
4-2- Application du filtrage passe-haut du géoïde à l'interprétation géophysique de ses ondulations
4-3- Filtrage et interprétation
4-3-1- Filtrage au degré L = 20
4-3-2- Filtrage au degré L = 70
4-3-3- Filtrage au degré L = 150
4-3-4- Filtrage au degré L = 250
5- Conclusion
Chapitre 9 : Conclusion générale et perspectives
1- Rappel des objectifs principaux de ce travail de recherche
2- Les principaux résultats obtenus
2-1- Modèle géopotentiel de référence le plus indiqué au Cameroun
2-2- Traitement des données gravimétriques et combinaison aux données de l'altimétrie par satellite
2-3- Grands traits structuraux caractéristiques du champ de pesanteur au Cameroun
2 2-4- Techniques d'analyse des variations du champ du pesanteur au Cameroun
2-5- Interpolation des données gravimétriques au Cameroun
2-6- Sélection du pas de grille du géoïde du Cameroun
2-7- Calcul et conversion du quasi-géoïde en géoïde CGM05
2-8- Evaluation du géoïde gravimétrique CGM05 du Cameroun
2-9- Interprétation géophysique des ondulations du géoïde du Cameroun
3- Conclusions
4- Quelques recommandationsNuméro de notice : 14037 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Mémoire masters divers Organisme de stage : IGN Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=50275 Réservation
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