Surveillance spatiale des glaciers

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.  

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 - Amélioration de la résolution spatiale des données GRACE appliquée à la surveillance des glaciers de très haute latitude 

Les données des missions spatiales GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) et GRACE Follow-On (GRACE-FO) permettent de mesurer l’évolution spatiale et temporelle du champ de pesanteur terrestre depuis plus de 20 ans. Ces mesures sont devenues essentielles pour quantifier les redistributions de masse d’eau à la surface terrestre associées au changement climatique, telles que la fonte des glaces continentales et la hausse du niveau marin résultant d’un apport accru d’eau douce aux bassins océaniques.

Les données GRACE et GRACE-FO ont ainsi permis d’estimer une perte de masse de 280 ± 30 Gt/an entre avril 2002 et septembre 2019 pour les glaciers continentaux (Ciraci et al., 2020), 260 +/- 45 Gt/an pour le Groenland (Velicogna et al,2020), 105 ± 55 Gt/an pour l’Antarctique (Velicogna et al,2020). Toutefois, les données issues de la gravimétrie spatiale sont limitées par une faible résolution spatiale (de l’ordre de 300 à 500 km) ne permettant pas de surveiller la fonte de glaciers individuels et nécessitants de dégrader la résolution spatiale de systèmes de mesure complémentaires (altimétrie radar satellitaire, imagerie satellitaire) pour obtenir des informations comparables.

Les satellites des missions GRACE et GRACE-FO, ayant une orbite polaire, bénéficient d’un recouvrement au sol plus important à de très hautes latitudes qu’à l’équateur. Il devient donc possible d’améliorer la résolution spatiale des grilles d’anomalies de masse issues des mesures GRACE et GRACE-FO à de très hautes latitudes. Cet objectif nécessite de réduire les erreurs systématiques dans les solutions GRACE et GRACE-FO, prenant la formes de stries orientées Nord-Sud, à l’aide de post-traitements adaptés.

Ces erreurs sont habituellement traitées en appliquant des filtres de type Gaussien ou des filtres basés sur la caractérisation des incertitudes par des matrices de variance-covariance (filtres DDK et VDK) ne permettent pas d’adapter le degré de filtrage aux différentes régions du globe, caractérisées par des rapports signal sur bruit très différents. Un nouveau type de filtre basé sur le principe de diffusion a été développé chez Magellium, il permet de lever cette limitation. Afin de bénéficier de capacités améliorées, il est toutefois nécessaire de déterminer les paramètres optimaux de filtrage permettant de suivre l’évolution des glaciers de haute latitude à haute résolution spatiale.

Dans le cadre de ses activités en observation de la terre, Magellium propose des solutions innovantes à des défis technologiques complexes. Vous bénéficierez au cours de ce stage de l’expertise et des outils développés dans des projets d’observation satellitaire du système terre. Vous développerez vos compétences scientifiques et techniques dans les domaines de la télédétection, de la physique de la mesure et des algorithmes de restitution des paramètres géophysiques liés au changement climatique. Vous serez également amenés à collaborer avec nos partenaires scientifiques à l’échelle régionale, nationale et internationale.

SUJET

L’objectif principal de ce stage est d’améliorer la résolution spatiale des produits satellitaires GRACE et GRACE-FO appliquée à la surveillance des glaciers de haute latitude. L’identification de signaux géophysiques associés à la fonte des glaciers exigera de réduire les erreurs systématiques affectant les solutions GRACE par application d’un filtre diffusif. La recherche des paramètres optimaux de filtrage constituera une part importante de votre temps de travail. La validation des nouveaux produits générés sera réalisée par une approche multidisciplinaire impliquant la manipulation de données d’imagerie satellitaire et d’altimétrie radar satellitaire.

Vous aurez pour objectifs de:

• Prendre en main la chaîne de post-traitement des données satellitaires GRACE incluant l’application d’un filtre diffusif,
• Rechercher les paramètres optimaux de filtrage permettant d’augmenter la résolution des données GRACE à de hautes latitudes,
• Valider les produits satellitaires GRACE de résolution améliorée par rapport aux données issues de l’imagerie satellitaire et de l’altimétrie radar satellitaire,
• Valoriser les nouveaux produits générés pour la surveillance des glaciers de haute latitude.

Ces travaux requièrent une certaine aisance mathématique (traitement du signal, approches statistiques, budget d’erreurs, problèmes inverses) et un minimum de compétences en programmation numérique, notamment sous python. Vous travaillerez en collaboration avec notre équipe d’experts sur le climat pour définir le plan travail, prendre en main les outils de traitement développés chez Magellium, mettre en place une approche mathématique permettant d’optimiser les paramètres de filtrage et déterminer les métriques permettant de valider les résultats. Vous devrez être autonome dans leur mise en œuvre.

Etudiant(e) en cursus universitaire ou en école d'ingénieur et préparant un diplôme de niveau Bac+5 dans le domaine de la géophysique, de la télédétection ou du changement climatique. Vous avez une expérience prouvée en programmation numérique (de préférence Python) et disposez d’un bon bagage mathématique (méthodes inverses et méthodes statistiques).

Mots clés : Changement climatique, télédétection, gravimétrie spatiale, budget d’erreurs

Compétences : Python, Mathématiques

Ce stage s’inscrit dans la continuité des projets GRACEFUL et MOHEACAN réalisés chez Magellium et au LEGOS. Il s’inscrit dans un partenariat actif avec le LEGOS, le CNES, l’ERC et l’ESA. Le stagiaire bénéficiera de solides compétences pour candidater sur d’éventuelles ouvertures de postes sur les thématiques associées au changement climatique, à l’observation de la Terre par télédétection et à la mesure du champ de gravité.