Détermination du géoïde gravimétrique CGM18 et application a la compréhension de la lithosphère au Cameroun

Abstract

Le champ de pesanteur terrestre est d’une importance capitale en géophysique et en géodésie. L’une de ses applications pratiques en géodésie est la détermination du géoïde gravimétrique. L’objet de cette thèse est la détermination d’un géoïde gravimétrique précis haute résolution (CGM18) et ses implications à l’investigation géophysique de la lithosphère au Cameroun. Le géoïde est déterminé en utilisant la méthode de collocation rapide dans un processus de retrait-restauration à partir des données gravimétriques terrestres couplées aux données satellitaires GOCE les plus récentes, du Modèle Numérique de Terrain (MNT) haute résolution. Après validation des MNT globaux haute résolution (30 m) et des récents modèles géopotentiels globaux disponibles sur le Cameroun à partir des points GPS/nivelés, le MNT SRTM 30 m et les modèles EIGEN-6C4 et GOCE-DIR5 ont été retenus pour résoudre respectivement les composantes de courtes et de grandes longueurs d’onde du géoïde. Les composantes de moyennes longueurs d’onde du géoïde ont été résolues en utilisant les nouvelles données gravimétriques collectées par l’Institut National de Cartographie (INC) associées aux données gravimétriques du Bureau Gravimétrique International (BGI) disponibles sur le Cameroun. Ainsi, deux solutions du géoïde gravimétrique associées au modèle combiné haute résolution EIGEN-6C4 et au modèle satellitaire GOCE-dir5 ont été déterminées. La précision de deux différents géoïdes a été évaluée en utilisant les points GPS/nivelés distribués sur tout le territoire national. Après avoir éliminé les inconsistances liées aux différents systèmes de référence, le géoïde associé au modèle EIGEN-6C4 présente les meilleurs résultats avec une précision absolue de 12 cm et correspond ainsi au CGM18. Sa précision absolue est de 18 cm lorsque le modèle de référence GOCE-dir5 est utilisé. Par ailleurs, les performances absolue et relative du CGM18 sont meilleures lorsqu’elles sont comparées à celles des modèles de géoïde existants sur le Cameroun. En outre, l’ellipsoïde local qui représente la forme mathématique de la terre sur le Cameroun a été ajusté avec une précision de 1,072 m à partir de l’ellipsoïde mondial WGS84 en utilisant le géoïde CGM18 et les points GPS/nivelés dans la théorie de Molodensky. Ainsi, le géoïde CGM18 associé à l’ellipsoïde local ajusté peut être utilisé dans le nivellement par GPS au Cameroun. Ce résultat constitue une alternative à moindres coûts au nivellement géométrique. Par ailleurs, le CGM18 a été couplé aux données topographiques pour étudier les variations des épaisseurs crustales et lithosphériques en 3D afin de mieux comprendre la relation entre les phénomènes sismo-tectoniques majeurs et la lithosphère dans la Chaîne Panafricaine Nord-Equatoriale au Cameroun. Il en ressort un amincissement de la lithosphère lié à la remontée des matériaux asthénosphériques à une profondeur moyenne de 80 km le long de la Ligne Volcanique du Cameroun (LVC). A la lumière des travaux géophysiques récents, l’interaction entre l’écoulement des matériaux asthénosphériques suivant la direction NE et le Cisaillement Centre Camerounais (CCC) pourrait mieux expliquer les remontées magmatiques dans la croûte supérieure au Cameroun.