Pira Aurélien

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Thèse de doctorat (2022-2025)
Ecole doctorale 618 Euclide
Formation d’origine :

  • Master en Géosciences et Géophysique du Littoral - Université de La Rochelle, France (2020–2022)
  • Licence en Sciences de la Terre et de l’Atmosphère - Université du Québec à Montréal (UQAM), Canada (2019–2020) (Effectuée dans le cadre d’un programme d’échange universitaire durant ma formation de licence)
  • Licence en Sciences de la Terre - Université de La Rochelle, France (2017–2020)

(2022-2025) Réflectométrie GNSS appliquée à l’observation du niveau de la mer à haute fréquence et de ses extrêmes en milieux côtiers hostiles

Mots clés : réflectométrie GNSS, géodésie, marégraphie, variations du niveau marin
Responsables scientifiques :

  • Dr. Guy Wöppelmann
    Professeur et chercheur en géosciences
    Université de La Rochelle / CNRS, Littoral Environnement et Sociétés (LIENSs, UMR 7266)
    Domaines de recherche : mouvements verticaux de la croûte terrestre, variations du niveau de la mer, géodésie spatiale.
  • Dr. Álvaro Santamaría-Gómez
    Professeur et chercheur en géodésie spatiale
    CNRS / Université Toulouse III - Paul Sabatier, Géosciences Environnement Toulouse (GET, UMR 5563) et Centre National d’Études Spatiales (CNES)
    Domaines de recherche : déformation de la Terre, analyse des séries temporelles GNSS, réflectométrie GNSS appliquée au nivellement des marégraphes.


Réflectométrie GNSS appliquée à l’observation du niveau de la mer à haute fréquence et de ses extrêmes en milieux côtiers hostiles
La réflectométrie GNSS (GNSS-R) utilise l’interférence entre les signaux satellites directs et réfléchis pour estimer des paramètres environnementaux, notamment la hauteur de la surface de la mer à proximité des stations GNSS côtières (Fig. 1). Cette technique exploite les infrastructures existantes, fournit des mesures dans un référentiel géodésique global, et offre des installations robustes, nécessitant peu d’entretien, comparées aux marégraphes traditionnels.
Figure 1 : Principe de base de la réflectométrie GNSS pour la surveillance du niveau de la mer

Des études récentes ont montré que les techniques GNSS-R peuvent atteindre une précision de l’ordre du centimètre sur des échelles de temps mensuelles, ce qui les rend particulièrement intéressantes pour des initiatives telles que le programme GLOSS, qui recommande des mesures du niveau de la mer avec une précision supérieure à 1 cm et des intervalles d’échantillonnage d’une minute ou moins. Cependant, les techniques GNSS-R conventionnelles sont limitées par une résolution temporelle faible et irrégulière, ce qui les rend inadaptées à la surveillance du niveau de la mer à haute fréquence.

Mes recherches portent sur le développement d’un algorithme de restitution GNSS-R basé sur un filtre de Kalman étendu (EKF), conçu pour l’estimation continue du niveau de la mer à la fréquence native des observations GNSS, pouvant atteindre une donnée par seconde. Bien que pour l’instant appliquée en post-traitement, la méthode est structurée pour une future mise en œuvre en temps réel. En intégrant des données GNSS multi-constellations et la modélisation des marées, elle permet un suivi robuste et précis des variations du niveau de la mer, y compris dans des conditions environnementales dynamiques.

L’algorithme a été validé à partir d’une année de données collectées sur trois sites côtiers aux conditions hydrodynamiques contrastées : Brest (côte Atlantique, France), Sète (côte Méditerranéenne, France) et Cedar Key (Floride, États-Unis). Sur l’ensemble de ces sites, les estimations GNSS-R ont atteint des erreurs quadratiques moyennes (RMSE) comprises entre 2,4 et 2,6 cm (voir Fig. 2) par rapport aux mesures de référence des marégraphes. La méthode a permis de capturer à la fois les signaux de marée réguliers et les anomalies rapides du niveau de la mer induites par les tempêtes, notamment durant la saison cyclonique 2024 à Cedar Key (Fig. 3).

Figure 2 : Comparaison des mesures du niveau de la mer GNSS-R et marégraphe à BRST en 2023. En haut à gauche : Niveau de la mer horaire GNSS-R (rouge) vs. marégraphe (bleu) ; En haut à droite : Carte du site montrant l’antenne GNSS et la couverture azimutale (en gris) ; En bas à gauche : Résidus entre GNSS-R et marégraphe ; En bas à droite : Histogramme des résidus
Figure 3 : Mesures du niveau de la mer obtenu par GNSS-R à Cedar Key lors du passage des ouragans Debby, Helene et Milton (2024)

Principales collaborations :

Publications :

1 résultat

2021

Article dans une revue

Physalia : Plateforme HYdrographique pour la Surveillance Altimétrique du Littoral
Aurelien Pira , Julien Ancelin , T. Coulombier , Denis Dausse , Valérie Ballu , Laurent Testut , Lilia Mzali , Alain Gaugue
Lettre d'information Résif, 2021, 20, pp.13-14