La mission SWOT (Surface Water and Ocean Topography), menée par le CNES et le JPL et dont le lancement est prévu pour 2020, marque un tournant majeur pour l'altimétrie spatiale, à la fois en océanographie et en hydrologie continentale. Il s'agit de la première mission interférométrique SAR dont l'objectif spécifique est la mesure de la hauteur des eaux. L'instrument principal de la mission, KaRIn, un radar interférométrique en bande Ka, présente des caractéristiques particulières : angle de visée proche du nadir (0.6 à 3.9°), faible longueur d'onde (8.6 mm) et courte base stéréoscopique (10 m). Ces spécificités techniques entrainent des particularités propres à SWOT, à la fois en termes de phénoménologie et de traitement des données. Par ailleurs, du fait de la nature et du grand volume des données, de nouvelles méthodes de traitement sont envisagées, qui se distinguent de celles des missions interférométriques antérieures. Pour le mode " Low Rate " (LR) dédié à l'océanographie, une grande partie du traitement se déroulera à bord pour limiter le volume de données à transmettre au sol. Le mode " High Rate" (HR) visant principalement l'hydrologie continentale, présente lui aussi des originalités en termes de traitement, essentiellement réalisé au sol, de par la grande diversité de structure des surfaces d'eau qui seront observées. Pour les deux modes, la stratégie d'inversion de la phase en hauteurs géolocalisées ne peut être calquée sur celles des missions antérieures, fondées sur le déroulement spatial de la phase interférométrique. L'approche retenue est d'utiliser, autant que possible, un modèle numérique de terrain (MNT) de référence pour lever l'ambiguïté de phase et procéder directement à l'inversion de hauteur. Ceci permet à la fois de gagner en temps de traitement et de s'affranchir de l'utilisation des points de contrôle, difficiles à obtenir sur les océans comme sur les continents, du fait des variations de niveau d'eau et un rapport signal à bruit très faible sur les zones terrestres. Dans les cas où la précision du MNT de référence n'est pas suffisante pour assurer correctement le déroulement de la phase, des méthodes visant à détecter et réduire les erreurs sont proposées. Afin de faciliter l'utilisation des hauteurs géolocalisées issues de la phase l'interférométrique en mode HR, nous proposons une méthode qui permet d'améliorer considérablement la géolocalisation des produits, sans dégrader l'information de hauteur d'eau. / The SWOT mission (Surface Water and Ocean Topography), conducted by CNES and JPL, and scheduled for launch in 2020, is a major step forward for spaceborne altimetry, both for oceanography and continental hydrology. It is the first interferometric SAR mission whose specific objective is the measurement of water surface height. The main instrument of the mission, KaRIn, a Ka-band Radar Interferometer, has particular characteristics: very low incidence angle (from 0.6 to 3.9°), short wavelength (8.6 mm), and short baseline (10 m). This technical configuration leads to properties that are specific to SWOT, both in terms of phenomenology and data processing. Moreover, due to the nature and the huge volume of data, new processing methods, different from those used in previous interferometric mission, are considered. For the Low Rate (LR) mode dedicated to oceanography, a large part of the processing will take place onboard to limit the data volume transmitted to ground. The High Rate (HR) mode, mainly targeting continental hydrology, also present original characteristics in terms of processing, essentially conducted on ground, due to the large diversity in the structure of the observed water surfaces. In both modes, the strategy for conversion of phase into geolocated heights cannot be directly based on those of previous missions, relying on spatial phase unwrapping. The approach retained here is to use, as far as possible, a reference Digital Terrain Model (DTM) to remove the phase ambiguity and proceed directly to height inversion. This allows both to reduce the computing time and to avoid the need for ground control points, which are difficult to obtain both over oceans and continental surfaces, due to varying water level and very low signal-to-noise ratio over land. For cases where the precision of reference DTM is not good enough to ensure a correct phase unwrapping, methods to detect and reduce the errors are proposed. To facilitate the use of the geolocated heights derived from the interferometric phase in HR mode, we propose a method that permits to significantly improve the geolocation of the products, without degrading the water height information.

Ce travail de thèse porte sur la détection et la mesure des déformations tectoniques inter-sismiques de surface sur l'île de Taiwan, dont la formation résulte de la collision active entre les plaques tectoniques Eurasienne et Philippines (avec une vitesse de convergence de 8,2 cm/an). Nous utilisons pour cela la méthode interférométrique des réflecteurs persistants (aussi appelée PS). Cette méthode est basée sur l'analyse d'une série d'images radar acquises à différentes dates sur une même zone. Son intérêt majeur est de pouvoir effectuer un suivi spatio-temporel des faibles déformations avec une densité de points de mesure nettement plus élevée que celle offerte par les réseaux de mesure géodésiques. Nous utilisons par ailleurs des données PALSAR du satellite japonais ALOS opérant en bande L (avec une longueur d'onde de 23,6 cm), qui permettent d'améliorer grandement les résultats interférométriques sur les zones à fort couvert végétal. Nous montrons que l'utilisation combinée de la technique PS et des données ALOS fournit de nouveaux éléments notoires dans le cadre du suivi des déformations inter-sismiques de Taiwan. Nous calculons sur différentes zones de l'île des cartes des déplacements moyens de la surface terrestre, ainsi que les séries temporelles de das déplacements associées (avec une mesure de déplacement pour chaque date d'acquisition radar). Trois zones majeures de la collision actuelle ont été sélectionnées et les résultats obtenus sont sans précédent. La Vallée Longitudinale, située à l'Est de l'île entre la Chaîne Centrale et la Chaîne Côtière, absorbe envionr 1/3 de la convergence totale; le raccourcissement horizontal mesuré au travers de la vallée est d'environ 3 cm/an. La déformation se localise principalement sur la faille de la Vallée Longitudinale, pour l'essentielle de manière asismique. La carte des déplacements moyens calculée sur la période 2007-2010 nous permet de localiser cette faille inverse avec une grande précision (entre 50 et 100 mètres), améliorant ainsi grandement les précédentes cartes. Nous estimons également le taux de glissement inter-sismique de la faille (variant entre 1 et 3,2 cm/an), et analysons ses variations spatio-temporelles. Ces résultats sont en accord avec les données de mesure par GPS continu. La péninsule de Hengchun, au Sud de l'île, permet d'étudier les déformations les plus récentes observables à Taiwan. Cette péninsule est située au sommet du prisme d'accrétion actuel, et la structure tectonique majeure est la faille inverse de Hengchun. Sur cette zone, la trace au sol de la faille est mise en évidence et cartographiée. Le taux de glissement inter-sismique y est estimé à environ 1 cm/an. Enfin, nous menons une étude des déformations lentes affectant la Plaine Côtière, au Sud-Ouest de l'île. Plusieurs types de déformation y sont observés entre 1995 et 2010: le soulèvement de l'anticlinal de Tainan, la subsidence de la plaine de Pingtung, l'activité de la faille de Fengshan et la subsidence autour de la rivière Choshui.

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Le système de failles de Haiyuan qui borde le plateau du Tibet au Nord-Est est un système majeur sénestre. Au cours du dernier siècle, deux grands séismes (M∼8) ont rompu ce système de failles : le séisme de Haiyuan en 1920 et le séisme de Gulang en 1927. A l'aide d'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, nous analysons les variations spatiales et temporelles de la déformation intersismique au travers de la faille de Haiyuan, dans une zone étendue (150×150 km2) qui couvre l'extrémité Ouest de la rupture de 1920 et la lacune sismique de "Tianzhu". Avec une approche dite en "Small Baseline", nous traitons cinq séries temporelles d'images SAR, acquises par le satellite Envisat le long de tracks descendantes et ascen- dantes pendant la période allant de 2003 à 2009. Les cartes de vitesse moyenne de dé- formation dans la ligne de visée du satellite ainsi obtenues sont cohérentes avec un mou- vement sénestre au travers de la faille et montrent des variations latérales du gradient de vitesse dans la zone de faille. Nous inversons ces cartes de vitesse moyenne en LOS pour obtenir le taux de chargement à court terme en profondeur et la distribution du glissement dans la partie sismogène le long du plan de faille. Le taux de chargement en profondeur est d'environ 5 mm.an−1. Les sections de faille ayant rompu en 1920 et une grande partie de la lacune sismique de "Tianzhu" sont bloquées en surface. Entre ces deux sections, un segment de 35 km de long, qui montre une forte activité micro-sismique, glisse de manière asismique avec un taux de glissement horizontal qui atteint presque 5 mm.an−1. Cependant, le taux de glissement asismique le long de la partie sismogène varie le long du plan de faille et atteint localement des taux supérieurs au chargement tectonique, suggérant des variations temporelles du glissement asismique. La comparaison de profils moyens de vitesse parallèle à la faille issus de données InSAR sur les périodes 1993-1998 (données ERS) et 2003-2009 suggèrent une migration vers la surface du glissement asis- mique sur une période de 20 ans. Une analyse en séries temporelles des données Envisat, en appliquant un lissage temporel, montrent une accélération du taux de glissement asismique pendant l'année 2007. Cette accélération est précédée et a probablement été déclenchée par un séisme de magnitude 4.7 au sein même du glissement asismique. Enfin, nous étudions la relation entre l'évolution spatio-temporelle du glissement asismique en surface et la rugosité de la trace de la faille à l'aide d'une analyse multi- échelle. Nous montrons que les propriétés élastiques de la croûte cassante contrôlent la rugosité de la faille, qui exerce à son tour un contrôle sur la distribution de glissement asismique en surface. Le glissement asismique est fait de spasmes qui interagissent les uns avec les autres en suivant une loi d'échelle similaire à la loi de Gutenberg-Richter pour les séismes.