Effets hydrologiques

Les variations du contenu en eau dans le sol (manteau neigeux, humidité du sol et nappes phréatiques) induisent des variations de gravité significatives aux cycles saisonniers.

Surcharges hydrologiques

Il est possible de modéliser ces variations de gravité, d'une part à partir de modèles hydrologiques globaux, comme le GLDAS (Global Land Data Assimilation System) La figure suivante montre pour quelques instruments européens la comparaison entre les résidus de gravité, après correction des autres contributions, et la modélisation des variations de gravité à partir des modèles hydrologiques GLDAS/Noah (rouge) et ECMWF (bleu) (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts).

Modélisation des variations saisonnières de gravité à Strasbourg (les marées diurnes et semi-diurnes ne sont pas représentées), d'après Boy et Hinderer (2006).
Modélisation des variations saisonnières de gravité à Strasbourg (les marées diurnes et semi-diurnes ne sont pas représentées), d'après Boy et Hinderer (2006).
Déplacements verticaux mesurés par GPS et modélisation de la contribution hydrologique.
Déplacements verticaux mesurés par GPS et modélisation de la contribution hydrologique.

Humidité du sol et gravité

Une approche complémentaire consiste à mesurer les variations d'eau dans le sol, au moyen de capteurs d'humidité, et éventuellement de stations météorologiques.

Afin d'estimer les contributions hydrologiques locales, plusieurs sondes FDR (Frequency Domain Reflectometry), développées par Sentek, ont été installées à plusieurs profondeurs en 2006, pour mesurer les variations d'humidité du sol.

Ces mesures sont complémentaires de celles de la station météorologique installée en mai 2005, qui permet d'estimer les forçages, c'est-à-dire les précipitations (directement mesurées) et l'évapotranspiration (par la formule de Penman-Monteith, par exemple).

Variations d'humidité du sol à J9 (d'après L. Longuevergne, 2008).
Variations d'humidité du sol à J9 (d'après L. Longuevergne, 2008).
Variations de gravité à J9 et estimation de la contribution hydrologique locale (d'après L. Longuevergne, 2008).
Variations de gravité à J9 et estimation de la contribution hydrologique locale (d'après L. Longuevergne, 2008).

Quelques publications sur le sujet

  • Longuevergne, L., 2008. Contribution à l’hydrogéodésie, Univ. Pierre et Marie Curie, PhD Thesis.

L'analyse des contributions hydrologiques dans les données des différents gravimètres supraconducteurs du réseau GGP peut être retrouvée dans la publication suivante :

  • Boy, J.-P., et J. Hinderer, Study of the seasonal gravity signal in superconducting gravimeter data, J. of Geodyn., 41, 227-233, 2006.
  • Boy, J.-P., Hinderer, J., & de Linage, C., 2012. Retrieval of large scale hydrological signal in Africa from GRACE time-variable gravity fields, Pure and Applied Geophysics, Volume 169, Number 8, 1373-1390, DOI: 10.1007/s00024-011-0416-x
  • Crossley, D., de Linage, C., Hinderer, J., Boy, J.-P. & Famiglietti, J. (2012), A comparison of the gravity field over Central Europe from superconducting gravimeters, GRACE and global hydrological models, using EOF analysis. Geophysical Journal International, 189: 877–897. doi: 10.1111/j.1365-246X.2012.05404.x
  • Crossley, D., Hinderer, J., & Riccardi, U., 2013. The measurement of surface gravity, Reports on Progress in Physics 76, 10.1088/0034-4885/76/4/046101
  • Crossley, D., J.-P. Boy, J. Hinderer, T. Jahr, A. Weise, H. Wziontek, M., Abe, and C. Foerste, 2014. Comment on: ‘The quest for a consistent signal in ground and GRACE gravity time series’, by Michel Van Camp et al. (2014), Geophysical Journal International, accepted
  • Hector B., Séguis L., Hinderer J., Descloitres M., Vouillamoz J.M., Wubda M., Boy J.-P., Luck B., Le Moigne N., 2013. Gravity effect of water storage changes in a weathered hard-rock aquifer in West Africa: results from joint absolute gravity, hydrological monitoring and geophysical prospection, Geophysical Journal International (2013) 10.1093/gji/ggt146
  • Hector, B., Hinderer J., Séguis L., Boy J.-P., Calvo, M., Descloitres M., Rosat, S., Galle, S., & Riccardi, U., 2014. Hydro-gravimetry in West-Africa: First results from the Djougou (Benin) superconducting gravimeter, J. of Geodyn., dx.doi.org/10.1016/j.jog.2014.04.003
  • Hinderer, J., J. Pfeffer, M. Boucher, S. Nahmani, C. De Linage, J.-P. Boy, P. Genthon, L. Seguis, G. Favreau , O. Bock, et al., 2012. Land water storage changes from ground and space geodesy: first results from the GHYRAF (Gravity and Hydrology in Africa) experiment, Pure and Applied Geophysics, Volume 169, Number 8, 1391-1410, DOI: 10.1007/s00024-011-0417-9
  • Hinderer, J., S. Rosat, B. Hector, M. Calvo, J.-P. Boy et al., 2013.  Preliminary results from the superconducting gravimeter OSG-60 installed in West Africa (Djougou, Benin), in Earth on the Edge: Science for a Sustainable Planet, Proceedings of the IAG General Assembly, Melbourne, Australia, June 28 - July 2, 2011, Series: International Association of Geodesy Symposia, Vol. 139, Rizos, Chris; Willis, Pascal (Eds.), 413-420.
  • Pfeffer, J., Champollion, C., Favreau, G., Cappelaere, B., Hinderer, J., Boucher, M.,  Nazoumou, Y.,  Oï, M.,  Mouyen, M.,  Henri, C., Le Moigne, N.,  Deroussi, S.,  Demarty, J.,  Boulain, N.,  Benarrosh, N.,  and Robert, O., 2013. Evaluating surface and subsurface water storage variations at small time and space scales from relative gravity measurements in semiarid Niger, Water Resour. Res., 49, doi:10.1002/wrcr.20235.