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In the context of the overall climate change and the need to analyze the implications of the record ice-sheet melting for the sea level and global fluid mass redistribution budgets, our PhD work focuses on large-scale phenomena impacting the shape of the Earth, its gravity field, and the stability of its rotation pole. We explore strategies for the observation and modeling of subtle variations in geodynamic parameters (lowermost degree coefficients), which are still poorly constrained, despite their importance in determining fundamental terrestrial references. The first part of this PhD is dedicated to the observation of the geocenter motion, using different geodetic technics. The outcomes of this work provided explanations, through a correct handling of the dominant error sources, for the discrepancies between the reference laser-based LAGEOS geocenter time series (defining the origin of the international frame, ITRF) and independent solutions using DORIS/laser/GPS observations from the Jason-2 altimeter satellite. The second part of this PhD presents a self-consistent determination of the degrees 0 (gravitational coefficient GM), 1 (geocenter motion), and 2 (Earth’s figure axis orientation) of the geopotential. To this end, we use the available laser data since the 1970s (e.g., the first geodetic satellite Starlette launched by CNES in 1975), as they are the only absolute measurements making possible the monitoring of the first three degree terms. Based on 35 years of satellite laser tracking, an updated value of the geocentric gravitational coefficient was obtained, and a viscoelastic behavior of the Earth’s mantle manifesting at decadal time scales was exhibited, combining the derived figure axis variations of the Earth and polar motion observations with the Euler-Liouville equations.; Dans le contexte du changement climatique mondial et la nécessité d’étudier les conséquences de l’ampleur de la fonte des glaces continentales sur le niveau des mers ainsi que sur la répartition des masses fluides à l’échelle du globe, notre travail de thèse s’intéresse aux phénomènes à très grande échelle qui modifient la forme de la Terre, son champ de gravité et l’équilibre de sa rotation. Il se focalise sur la stratégie à mettre en place pour observer et modéliser des variations très fines sur des termes géodynamiques (coefficients de bas degrés) qui sont encore aujourd’hui mal connus, et pourtant déterminants dans l’établissement des références terrestres fondamentales. La première partie de la thèse concerne l’observation du mouvement du géocentre par différentes techniques de mesures géodésiques. Ces travaux débouchent, par une meilleure maîtrise des sources d’erreurs, sur une explication des écarts entre les séries de mesures laser du mouvement du géocentre obtenues sur les satellites LAGEOS (référence actuelle pour l’origine du repère international, ITRF) et celles obtenues indépendamment sur le satellite altimétrique Jason-2 à partir d’observations DORIS/laser/GPS. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à la détermination cohérente des coefficients de degrés 0 (coefficient gravitationnel GM), 1 (géocentre), et 2 (inertie/orientation) du champ de pesanteur terrestre. Nous utilisons pour cela les mesures de télémétrie laser disponibles depuis les années 1970 (par exemple, Starlette lancé en précurseur par le CNES dès 1975), car ce sont les seules mesures à caractère absolu qui donnent accès à ces trois premiers degrés. Nos analyses menées sur près de 35 ans aboutissent à une nouvelle valeur de la constante gravitationnelle géocentrique et la détection d’une réponse viscoélastique du manteau de notre planète aux échelles de temps décennales, par combinaison des termes de degré 2 et paramètres d’orientation de la Terre avec les équations d’Euler-Liouville.

The reference nutation model (MHB2000) and the International Celestial Reference Frame (ICRF2) was established in 2000 and 2009 respectively. VLBI observations are being accumulated since and these are all new data to refine the nutation and better characterize the instability of radio sources constituting the celestial frame. The lengthening of the available data reveals defects in the reference wobble and fluctuations in the position of radio sources.It is important to adjust the nutation terms while assessing the impact of the instability of the celestial reference frame on it. Initially, we obtain significant corrections in terms of nutation model MHB2000 up to 50 micro-seconds of degree on the basis of IVS operational nutation time series. We also evaluate their uncertainty. Our interest is focused on the the free core nutation and a term closed in frequency, the retrograde annual term. We try to characterize the multi-annual variability, on amplitude, phase and period, despite correlation that affects both terms.Secondly, we study the stability of the celestial reference frame by a comprehensive study of the potential sources to define the frame. Such defining sources are selected by analysis using Allan variance of their astrometric displacements. This analysis gives the "color" of the random noise that affects positions based on different time scales corresponding to 30 years of VLBI observations. Specifically, we select radio sources with white noise. It follows that on 123 sources from those chosen for ICRF2 in 2009, only 40 meet this criterion of stability over the period 1985-2016. This number is too small to build a new celestial reference frame and compromises are necessary. Finally, errors propagation of radio position on nutation has been characterized, explaining the noise unusually large of some nutation time series diffused by the IVS.; Le modèle de nutation de référence (MHB2000) et le repère céleste international (ICRF2) ont été établis en 2000 et en 2009 respectivement. Les observations VLBI s’étant accumulées depuis, ce sont autant de nouvelles données permettant d’affiner la nutation et de mieux caractériser l’instabilité des radiosources constituant le repère céleste. L’allongement des données disponibles révèle des défauts dans la nutation de référence comme des fluctuations dans la position des radiosources. Il importe donc de réajuster les termes de nutation, tout en évaluant l’impact de l’instabilité du repère de référence céleste sur celle-ci. Dans un premier temps, nous déterminons des corrections significatives des termes de nutation du modèle MHB2000 jusqu'à 50 micro-seconde d'arc sur la base des séries opérationnelles de l'IVS. Nous en évaluons aussi l'incertitude. Notre intérêt s’est focalisé sur la nutation libre du noyau et un terme spectralement proche, le terme annuel rétrograde. Nous tentons de caractériser leur variabilité multi-annuelle, en amplitude, phase et fréquence, malgré la corrélation qui les affecte.Dans un second temps, nous avons étudié la stabilité du repère céleste par une étude approfondie des sources susceptibles de définir ce repère. De telles sources sont sélectionnées par analyse de variance d'Allan de leurs déplacements astrométriques. Cette analyse donne la « couleur » du bruit aléatoire qui affecte leurs positions en fonction des différentes échelles de temps correspondant à 30 ans d’observations VLBI. Plus précisément, nous sélectionnons les radiosources présentant un bruit blanc. Il en résulte que sur 123 sources parmi celles choisies pour l'ICRF2 en 2009, seules 40 respectent ce critère de stabilité sur la période 1985-2016. Ce nombre est insuffisant pour construire un repère céleste stable et des compromis sont nécessaires. Enfin, la propagation des erreurs des positions des radiosources sur la nutation a été caractérisée, expliquant le bruit anormalement grands de certaines séries de nutation diffusées par l'IVS.

The reference nutation model (MHB2000) and the International Celestial Reference Frame (ICRF2) was established in 2000 and 2009 respectively. VLBI observations are being accumulated since and these are all new data to refine the nutation and better characterize the instability of radio sources constituting the celestial frame. The lengthening of the available data reveals defects in the reference wobble and fluctuations in the position of radio sources.It is important to adjust the nutation terms while assessing the impact of the instability of the celestial reference frame on it. Initially, we obtain significant corrections in terms of nutation model MHB2000 up to 50 micro-seconds of degree on the basis of IVS operational nutation time series. We also evaluate their uncertainty. Our interest is focused on the the free core nutation and a term closed in frequency, the retrograde annual term. We try to characterize the multi-annual variability, on amplitude, phase and period, despite correlation that affects both terms.Secondly, we study the stability of the celestial reference frame by a comprehensive study of the potential sources to define the frame. Such defining sources are selected by analysis using Allan variance of their astrometric displacements. This analysis gives the "color" of the random noise that affects positions based on different time scales corresponding to 30 years of VLBI observations. Specifically, we select radio sources with white noise. It follows that on 123 sources from those chosen for ICRF2 in 2009, only 40 meet this criterion of stability over the period 1985-2016. This number is too small to build a new celestial reference frame and compromises are necessary. Finally, errors propagation of radio position on nutation has been characterized, explaining the noise unusually large of some nutation time series diffused by the IVS., Le modèle de nutation de référence (MHB2000) et le repère céleste international (ICRF2) ont été établis en 2000 et en 2009 respectivement. Les observations VLBI s’étant accumulées depuis, ce sont autant de nouvelles données permettant d’affiner la nutation et de mieux caractériser l’instabilité des radiosources constituant le repère céleste. L’allongement des données disponibles révèle des défauts dans la nutation de référence comme des fluctuations dans la position des radiosources. Il importe donc de réajuster les termes de nutation, tout en évaluant l’impact de l’instabilité du repère de référence céleste sur celle-ci. Dans un premier temps, nous déterminons des corrections significatives des termes de nutation du modèle MHB2000 jusqu'à 50 micro-seconde d'arc sur la base des séries opérationnelles de l'IVS. Nous en évaluons aussi l'incertitude. Notre intérêt s’est focalisé sur la nutation libre du noyau et un terme spectralement proche, le terme annuel rétrograde. Nous tentons de caractériser leur variabilité multi-annuelle, en amplitude, phase et fréquence, malgré la corrélation qui les affecte.Dans un second temps, nous avons étudié la stabilité du repère céleste par une étude approfondie des sources susceptibles de définir ce repère. De telles sources sont sélectionnées par analyse de variance d'Allan de leurs déplacements astrométriques. Cette analyse donne la « couleur » du bruit aléatoire qui affecte leurs positions en fonction des différentes échelles de temps correspondant à 30 ans d’observations VLBI. Plus précisément, nous sélectionnons les radiosources présentant un bruit blanc. Il en résulte que sur 123 sources parmi celles choisies pour l'ICRF2 en 2009, seules 40 respectent ce critère de stabilité sur la période 1985-2016. Ce nombre est insuffisant pour construire un repère céleste stable et des compromis sont nécessaires. Enfin, la propagation des erreurs des positions des radiosources sur la nutation a été caractérisée, expliquant le bruit anormalement grands de certaines séries de nutation diffusées par l'IVS.

The polar motion excitation is mainly due to the mass transport of the atmosphere and the oceans. So far, the observed motion is not fully explained from seasonal to diurnal scales. Our effort has focused on the Chandler wobble as well as fluctuations with period smaller than 50 days and diurnal variations, which remain still partially unexplained. We show that the atmospheric and oceanic mass redistributions are the principal causes of the Chandler wobble irregularities and the rapid polar motion of periods between 3 and 50 days. However, major differences persist at diurnal scales. Moreover, the redistributions of the continental water are important but, modelling those processes is imprecise due to the complexity and lack of observations of terrestrial hydrology. Current models must be then validated and compared to the observed polar motion. We show that the hydrological models, coupled with oceanic and atmospheric effects, improve the seasonal and long term mass balance. Thanks to space mission Gravity Discovery and Climate Experiment (GRACE), the total mass redistribution on the Earth can be determined with a different approach. Four analysis centers provide temporal variations of spherical harmonics C20, C21 and S21 of the gravity field that are proportional to the length of day and polar motion excitations caused by surface mass changes. We have analized the latest updates of these series. Despite a significant level of noise, their hydrological residual matches reasonably well the observed polar motion.; L'excitation du mouvement du pôle provient principalement du transport de masse dans l'atmosphère et les océans. A présent le mouvement observé n'est pas parfaitement expliqué, que ce soit dans le domaine saisonnier d'une part ou à l'échelle diurne d'autre part. Notre effort s'est porté sur l'oscillation de Chandler ainsi que sur les variations de période inférieure à 50 jours et diurnes, pour lesquelles subsistent de nombreuses zones d'ombre. Les redistributions de masse atmosphériques et océaniques expliquent bien l'irrégularité du terme Chandler et le mouvement rapide de périodes comprises entre 3 et 50 jours. Cependant, des divergences importantes persistent à l'échelle diurne. Par ailleurs, les redistributions d'eau douce jouent un rôle important mais, la complexité et le manque d'observations des processus hydrologiques rendent leur modélisation imprécise. Les modèles actuels doivent donc être validés et confrontés au mouvement du pôle observé. Nous montrons que la prise en compte des modèles hydrologiques, ajoutés aux effets atmosphériques et océaniques, améliore le bilan saisonnier et à longue période. Le problème reçoit depuis quelques années un éclairage nouveau grâce à la mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Quatre centres d'analyse fournissent des séries de variations temporelles des harmoniques sphériques C20, C21 et S21 du champ de gravité qui sont proportionnelles aux excitations de la longueur du jour et du mouvement du pôle causées par les fluctuations de masse en surface. Nous avons analysé les dernières mises à jour. Malgré un niveau de bruit important, leur résidu hydrologique s'accorde bien avec le mouvement du pôle observé.

The polar motion excitation is mainly due to the mass transport of the atmosphere and the oceans. So far, the observed motion is not fully explained from seasonal to diurnal scales. Our effort has focused on the Chandler wobble as well as fluctuations with period smaller than 50 days and diurnal variations, which remain still partially unexplained. We show that the atmospheric and oceanic mass redistributions are the principal causes of the Chandler wobble irregularities and the rapid polar motion of periods between 3 and 50 days. However, major differences persist at diurnal scales. Moreover, the redistributions of the continental water are important but, modelling those processes is imprecise due to the complexity and lack of observations of terrestrial hydrology. Current models must be then validated and compared to the observed polar motion. We show that the hydrological models, coupled with oceanic and atmospheric effects, improve the seasonal and long term mass balance. Thanks to space mission Gravity Discovery and Climate Experiment (GRACE), the total mass redistribution on the Earth can be determined with a different approach. Four analysis centers provide temporal variations of spherical harmonics C20, C21 and S21 of the gravity field that are proportional to the length of day and polar motion excitations caused by surface mass changes. We have analized the latest updates of these series. Despite a significant level of noise, their hydrological residual matches reasonably well the observed polar motion.; L'excitation du mouvement du pôle provient principalement du transport de masse dans l'atmosphère et les océans. A présent le mouvement observé n'est pas parfaitement expliqué, que ce soit dans le domaine saisonnier d'une part ou à l'échelle diurne d'autre part. Notre effort s'est porté sur l'oscillation de Chandler ainsi que sur les variations de période inférieure à 50 jours et diurnes, pour lesquelles subsistent de nombreuses zones d'ombre. Les redistributions de masse atmosphériques et océaniques expliquent bien l'irrégularité du terme Chandler et le mouvement rapide de périodes comprises entre 3 et 50 jours. Cependant, des divergences importantes persistent à l'échelle diurne. Par ailleurs, les redistributions d'eau douce jouent un rôle important mais, la complexité et le manque d'observations des processus hydrologiques rendent leur modélisation imprécise. Les modèles actuels doivent donc être validés et confrontés au mouvement du pôle observé. Nous montrons que la prise en compte des modèles hydrologiques, ajoutés aux effets atmosphériques et océaniques, améliore le bilan saisonnier et à longue période. Le problème reçoit depuis quelques années un éclairage nouveau grâce à la mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Quatre centres d'analyse fournissent des séries de variations temporelles des harmoniques sphériques C20, C21 et S21 du champ de gravité qui sont proportionnelles aux excitations de la longueur du jour et du mouvement du pôle causées par les fluctuations de masse en surface. Nous avons analysé les dernières mises à jour. Malgré un niveau de bruit important, leur résidu hydrologique s'accorde bien avec le mouvement du pôle observé.