Analyse Thermique de l’océan en 4D

Toulouse Stage (6 mois)

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À propos de Magellium Artal Group

Magellium (Groupe Artal), avec ses 300 collaborateurs, est un acteur indépendant, spécialiste sur la chaîne de valorisation du pixel et de la donnée image et vidéo (du capteur satellite, aéroporté ou drone jusqu’à son utilisation dans les systèmes d’information géographique, la cartographie et la Géointelligence). Magellium promeut la maîtrise des technologies du logiciel, de l’IA, du traitement d’image et de la géomatique.  

Le poste

L’unité Earth Observation est en charge des activités de traitement d’images d’origine spatiale. Ses domaines d’expertise sont : la géométrie des capteurs & le traitement d’image, la calibration/validation & le contrôle qualité et les services d’observation de la Terre. Nos experts en télédétection, nos scientifiques et nos concepteurs de logiciels spécialisés se concentrent sur les programmes de R&D, les algorithmes de traitement, les systèmes de segment sol et les services environnementaux. Observer la Terre depuis l'espace, surveiller notre environnement et les changements climatiques sont nos défis.


CONTEXTE  

Par son large volume et son importante capacité calorifique, l’océan a un potentiel d'emmagasinement d’énergie sous forme de chaleur très important. Le contenu en chaleur de l’océan (ocean heat content, OHC) est par conséquent une variable importante pour l’étude du réchauffement climatique. Les variations temporelles du contenu en chaleur de l’océan global aux échelles interannuelles et plus reflètent le déséquilibre radiatif au sommet de l’atmosphère terrestre. En effet, avec l’augmentation des concentrations en aérosols et gaz à effet de serre, la Terre ne réémet pas autant d’énergie vers l’espace qu’elle n’en reçoit du soleil et la majeure partie de l’énergie conservée en excès se retrouve dans l’océan. (von Schuckmann et al., 2020). Le contenu en chaleur de l’océan peut être déterminé avec différentes approches :

 

(1) la mesure directe des profils de température-salinité principalement obtenu grâce au réseau de bouées Argo (von Schuckmann et al., 2020),

(2) les réanalyses océaniques qui combinent les mesures in-situ de température-salinité ainsi que les mesures spatiales du niveau de la mer avec la modélisation océanique (Stammer et al, 2016),

(3) l’observation par satellite du flux radiatif net à la surface de l'océan (Kato et al., 2018 ; L'Ecuyer et al., 2015),

(4) l'approche géodésique spatiale (introduite dans Meyssignac et al., 2019, puis Hakuba et al., 2021, Marti et al., 2022).

 

Toutes ces méthodes sont complémentaires, avec leurs propres avantages et limites (Meyssignac et al., 2019).

La méthode directe (1) utilise les flotteurs Argo inégalement répartis sur la surface des océans, avec encore peu de mesures dans l'océan profond (en dessous de 2000 m de profondeur). Les ré-analyses (2) fournissent une description plus complète de l'état de l'océan qui est cohérente avec la dynamique de l'océan mais qui est sujette à des biais importants dans les océans polaires, des dérives dans l'océan profond et des conditions initiales imprécises (Palmer et al., 2017). L'approche du flux net océanique (3) évalue les flux radiatifs et turbulents à partir des observations satellitaires pour fournir la distribution spatiale des flux thermiques nets à la surface de l'océan, mais elle est entachée de résidus et d'incertitudes importantes (Kato et al., 2018 ; L'Ecuyer et al., 2015). L'approche géodésique spatiale (4) vise à mesurer les variations du niveau de la mer dues à l'expansion thermique ou dilatation thermique (également appelées variations thermostériques du niveau de la mer) en se basant sur la combinaison de données altimétriques, gravimétriques et in-situ. Cette approche offre un échantillonnage spatial et temporel cohérent de l'océan, avec une couverture quasi globale des océans, à l'exception des régions polaires (au-dessus de 82°). Elle fournit des estimations d’OHC spatio-temporelles sur l'ensemble de la colonne d'eau (3D : temps, latitude, longitude) mais pas sur les différentes couches de l’océan en profondeur (4D : temps, profondeur, latitude, longitude).

 

SUJET Mise au point d’une méthode pour générer un produit 4D de contenu en chaleur de l’océan à partir de données satellitaires et in-situ

 

L’objectif principal de ce stage est de développer une nouvelle filière de produits OHC basée sur la méthode géodésique spatiale (4) sur les différentes couches de l’océan en profondeur (4D : temps, profondeur, latitude, longitude). L’originalité de ce sujet provient du fait de combiner des données spatiales altimétriques, gravimétriques ainsi que des données in-situ pour générer un produit spatio-temporel d’OHC dépendant de la profondeur océanique.


Vous aurez pour objectifs de:

●      Prendre en main la chaîne de calcul d’OHC existante qui est en 3 dimensions (sans la profondeur),

●      Faire un inventaire bibliographique des méthodes existantes permettant de propager une information de surface en profondeur en combinant plusieurs types de données : ces méthodes peuvent être purement mathématiques (analyse objective, deep learning, etc ..) et aussi s’appuyer sur des modèles physiques simples,

●      Sélectionner 1 ou 2 méthodes innovantes, et développer un prototype permettant de calculer un produit OHC -4D,

●      Valider le nouveau produit OHC 4D localement avec des données indépendantes,

●      Selon les résultats obtenus, valoriser des résultats dans des conférences ou sous forme de publications scientifiques.


Ces travaux requièrent une forte connaissance en mathématiques appliquées (statistiques, traitement du signal) et un minimum de compétences en programmation numérique, notamment sous Python. Vous travaillerez en collaboration avec notre équipe d’experts sur le climat pour prendre en main les outils de traitement développés à Magellium, mettre en place l’approche permettant de calculer le nouveau produit et déterminer les métriques permettant de valider les résultats. Vous devrez être autonome dans leur mise en œuvre.

Profil recherché

Etudiant(e) en cursus universitaire ou en école d'ingénieur et préparant un diplôme de niveau Bac+5 dans le domaine de l’océanographie ou du climat. Vous avez une expérience en programmation numérique (de préférence Python) et disposez d’un bon bagage en mathématiques appliqués (statistiques, modèles mathématiques).


Mots clés: Contenu en chaleur de l’océan, altimétrie, gravimétrie spatiale, in-situ, deep learning

Compétences: Python, Mathématiques, océanographie


Ce stage s’inscrit dans la continuité des projets MOHEACAN et 4DATLANTIC réalisés à Magellium. Il s’inscrit dans un partenariat actif avec le LEGOS, le CNES et l’ESA. Ce stage pourrait donner l’opportunité au stagiaire de continuer dans le cadre d’une thèse.  

Toulouse
Stage (6 mois)
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