Personnel du LMV Hrysiewicz Alexis

Hrysiewicz Alexis

Thèse 3ème année, UCA-OPGC
Équipe de Volcanologie
Doctorant
Bureau: 1.04 - LMV Cezeaux
Téléphone: 04.73.34.67.23
Courriel : Alexis.Hrysiewicz@uca.fr

  • PhD: “Caractérisation des déplacements liés aux coulées de lave au Piton de la Fournaise à partir de données InSAR”

    Thèmes de recherche principaux :

    ŸCartographie et caractérisation des coulées de lave à partir de d’imagerie satellitaire radar (InSAR) :

    Thèmes annexes :

    Volcan cible:

    ŸPiton de la Fournaise (Ile de la Réunion)

     

     

    Interférométrie Radar (InSAR) :

    L’interférométrie Radar par synthèse d’ouverture (InSAR) est une technique qui utilisé des satellites Radar défilants en orbite autour de la Terre. Ces satellites envoient une onde Radar sur la surface de la Terre et cette onde est réfléchi par le sol pour retourner au satellite. Le capteur Radar enregistre alors deux informations: l’intensité de l’onde reçue, et le phase de l’onde. Ce satellite va donc prendre une image à une date “t1” de la zone d’étude. Puis avec plusieurs jours (et donc plusieurs cycles orbitaux), le satellite étant exactement à la même position que la date “t1” va prendre une seconde image à la date “t2”. La phase de chaque image est donc acquise pour les deux dates. Elles contiennent deux informations :

    • Le déphasage pixellaire qui est un déphasage correspond à la réflection de l’onde Radar sur les cibles élémentaires au sol en fonction des propriétés diélectriques de ces dernières. Cette mesure est strictement aléatoire et elle rend la phase inutilisable si l’on a une seule image.
    • La temps de trajet entre le satellite et le sol.

    L’InSAR est une technique qui va utiliser la soustraction de deux phases (à la date “t1” et à la date “t2). Cette opération permet d’annuler le déphasage pixellaire aléatoire et d’obtenir ensuite uniquement la différence de temps de trajet entre les deux dates d’acquisition. L’image obtenue est appelée un interférogramme, et à partir de cette mesure, nous extrayons les déplacements du sol. En jargon InSAR, l’image de la première date est appelée “Maîtresse” et la seconde est “l’esclave”. Finalement, l’InSAR permet d’avoir une mesure très précise des déplacements du sol (centimétrique à millimétrique) et de façon continue sur de très grande zones (plusieurs centaines de kilomètres de côté) avec une résolution spatiale métrique (et parfois en dessous du mètre). Le second produit obtenu après ce calcul est la cohérence InSAR. Elle mesure la stabilité/variabilité du déphasage pixellaire entre les deux acquisitions. Si la cohérence est à 0, cela veut dire que les cibles au sol ont complètement changé. Une cohérence à 1 signifie que les cibles sont invariantes entre les deux dates.

    a) Interférogramme du Piton de la Fournaise entre le 9 Sept. 2018 et le 1 Oct. 2018, données Sentinel-1 B StripMap
    b) Cohérence du Piton de la Fournaise entre le 9 Sept. 2018 et le 1 Oct. 2018, données Sentinel-1 B StripMap

    La figure a) est un interférogramme du Piton de la Fournaise calculé à partir des données Sentinel-1 B acquises par l’ESA, pour l’éruption du 15 Septembre 2018. Les franges traduisent directement le déphasage lié à la variation de distance entre la Terre et le satellite. Une frange correspond à un déplacement de d’environ 2 cm dans l’axe du satellite. Le sens des franges permet de définir si la distance augmente ou diminue. La figure b) est l’image de cohérence associée à l’interférogramme. La zone plus sombre (délimitée par le contour rouge) est due à la perte de cohérence liée à la mise en place de la coulée de lave. Cette zone correspond donc à la coulée de lave elle-même.

     

    Les signaux liés aux coulées de lave en InSAR :

    Les coulées de lave sont les objets au coeur de mon travail de recherche. La problématique est relativement simple: avec l’InSAR il est possible de quantifier précisément les déplacements du sol et d’obtenir des indices sur les processus internes du volcans (chambres magmatiques, transferts des magmas, …). Mais les coulées connaissent aussi des déplacements lors de leurs mises en place et lors de leurs refroidissements. Ces déplacements viennent alors “parasiter” nos observations, et les informations sur l’intérieur du volcan deviennent plus difficiles à interpréter. Mon travail se concentre alors sur une caractérisation des déplacements liés aux coulées de lave pour supprimer cette contribution sur nos futures observations et mieux comprendre les processus se déroulant au coeur des volcans.

     

    Le suivi de la mise en place des coulées de lave lors d’une éruption :

    Mon travail comporte aussi une partie de recherche pour la surveillance opérationnelle des volcans lors d’une éruption. A partir de l’image de cohérence, il est possible de suivre l’évolution de la mise en place de la coulée de lave et d’observer les parties actives. La figure c) donne l’évolution de la coulée de lave à partir de l’ensemble des données InSAR calculées par le Service National d’Observation en Volcanologie (SNOV) OI2 de l’Observatoire de la Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC). Ces résultats sont directement donnés à nos collègues de l’Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise (OVPF). Ils permettent d’avoir une idée très précise de la localisation de la coulée de lave, de son évolution au cours de temps.  Par la suite, des algorithmes extraient la valeur de la surface de la coulée et des incertitudes liées à cette estimation. Un autre aspect de ces résultats est qu’ils sont des paramètres nécessaires pour la modélisation des écoulements de lave et d’avoir une quantification des risques liés à ces manifestations des volcans.

    Finalement, avec la phase interférométrique, nous calculons les épaisseurs des coulées de lave pour mettre à jour des modèles numériques de terrain.

    Pour aller plus loin:

    c) Evolution de la coulée du 19 Fev. 2019 au Piton de la Fournaise. Source : OI2, OPGC, OVPF, IPGP, LMV, UCA

     

    Développements techniques pour le calcul interférométrique  :

    A partir de deux acquisitions Radar, une dizaine d’étape sont nécessaire pour obtenir un interférogramme et une image de cohérence allant de la lecture des orbites du satellite au géoréférencement des pixels de l’interferogramme. Or avec une dizaine de satellites Radar en orbites et un flux de données du type “Big Data”, mon travail comporte aussi une partie développement technique pour :

    • Mise en place des calculs interférométriques de façon automatique
    • Mise à jour des chaines de calculs InSAR.

    Pour aller plus loin:

     

     

  • Responsabilités scientifiques et administratives :

    Scientifique :

    • 2018 – … : Porteur d’un projet de recherche au DLR pour l’acquisition de données de très haute résolution au Piton de la Fournaise
    • 2017 – 2018 : Co-animateur des séminaires VolcaPot au laboratoire Magmas et Volcans.

    Administratif :

    • 2018 – 2019 : Représentant suppléant des doctorants au conseil administratif de l’Observatoire de la Physique du Globe de Clermont-Ferrand.
  • Activités d’enseignement :

    • Licence
      • Terrain (L1)
      • Méthodologie du Travail Universitaire (L1)
      • Cartographie (L2)
      • Mathématiques: Statistiques et Probabilités pour les géologues (L3)
    • Master
      • Modélisation numérique (Master 1)
  • Publications :

    Rang A :
    Rang B et C :
    • Froger J.L., Pinel V., Bato M., Tridon M., Smittarello D., Prival J.M., Hrysiewicz A., Cayol V., Guéhenneux Y. (2019). Apport des données SAR à la compréhension et à la surveillance des volcans ; exemple du Piton de la Fournaise. p.219-220.

    • Hrysiewicz A., Froger J.L., Menand T., Villeneuve N., Peltier A. (2018). InSAR Characterization of Ground Surface Displacements Related to Lava Flows at Piton de la Fournaise (La Réunion Island, Indian Ocean). AGU Fall Meeting 2018, Washington, Dec. 2018.
    • Hrysiewicz A., Froger J.L., Villeneuve N., Menand T., Aaron C., Peltier A. (2018). InSAR characterization of lava flows at Piton de la Fournaise. Cities on volcanoes 10, Napoli, Sept. 2018.
    • Hrysiewicz A., Froger J.L., Villeneuve N., Menand T., Aaron C., Peltier A. (2018). InSAR characterization of lava flows at Piton de la Fournaise. 19th General Assembly of WEGENER, Grenoble, Sept. 2018.

    • Froger J.L., Cayol V., Tridon M., Bato M., Remy D., Chen Y., Smittarello D., Pinel V., Hrysiewicz A., Prival J.M., Villeneuve N., Peltier A., Augier A., Rivet S., Guéhenneux Y. (2017). Indian Ocean InSAR Observatory (OI2) – Routine Interferometric Monitoring of a Volcanic Island, the Piton de la Fournaise. MDIS-Form@ter Workshop, Besse en Chandesse, Octobre 2017.
    • Hrysiewicz A., Froger J.L., Menand T., Cayol V. (2017). Caractérisation des déplacements liés aux coulées de lave au Piton de la Fournaise à partir de données InSAR. Journée thématique du PNTS, Paris, Mars 2017.
    • Hrysiewicz A., Froger J.L., Menand T., Cayol V. (2017). InSAR characterization of displacements related to lava flows at Piton de la Fournaise. MDIS-Form@ter Workshop, Besse en Chandesse, Octobre 2017.
    • Hrysiewicz A., Menand T., Froger J.L., Cayol V., Remy D. (2017). Origin of measured surface displacements at the volcanic complex of Lastarria-Cordon Del Azufre between 1996 and 2010: Insights from numerical simulations. MDIS-Form@ter Workshop, Besse en Chandesse, Octobre 2017.
  • Annexe du manuscrit de thèse :

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