Caractérisation des propriétés physiques de la surface de Mars à partir de mesures spectro-photométriques orbitales
- Directeur : François COSTARD
- Co-encadrant : Frédéric SCHMIDT
- Financement : alloc. MESR
Thèse soutenue le mardi 4 novembre 2014 devant le jury composé de :
Dr. Bernard Schmitt (Univ. Joseph Fourier, IPAG), rapporteur Dr. Nicolas Mangold (Univ. de Nantes, LPGN), rapporteur Pr. Stéphane Jacquemoud (Univ. Paris Diderot, IPGP), examinateur Dr. Ernst Hauber (DLR), examinateur Dr. Sylvain Douté (Univ. Joseph Fourier, IPAG), examinateur Dr. Patrick Pinet (Univ. Paul Sabatier, IRAP), examinateur Dr. François Costard (Univ. Paris Sud, GEOPS), examinateur Dr. Frédéric Schmidt (Univ. Paris Sud, GEOPS), directeur de thèse
Résumé :
Depuis leur formation, les surfaces des corps de notre Système Solaire montrent une diversité étonnante. Cette diversité est le reflet des processus géologiques qui ont modelé les surfaces planétaires au cours du temps. Parmi les objets du Système Solaire, Mars constitue un objet particulièrement intéressant car il présente de nombreuses similitudes avec notre planète.
La minéralogie de la surface de Mars est bien documentée. Cependant, on dispose de peu d’information sur les paramètres physiques des matériaux qui sont également des traceurs des processus géologiques. Un des objectifs de cette thèse est de développer et de valider un outil permettant leur détermination à partir de techniques d’investigation spatiale depuis l’orbite et d’interpréter les résultats.
Pour cela, une approche basée sur la photométrie, qui étudie les propriétés de diffusion des matériaux de surface, a été développée et validée. Ces propriétés de diffusion dépendent de la composition mais aussi des propriétés physiques des matériaux comme la taille, la forme, la structure interne, la rugosité des grains et la rugosité de la surface.
Les données hyperspectrales multi-angulaires CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) à bord de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (11 images prises à des angles d’émergence variés) ont été utilisées, permettant de contraindre le comportement de diffusion des matériaux de surface. Tout d’abord, les données sont corrigées de la contribution atmosphérique à l’aide de l’algorithme nommée MARS-ReCO (Multi-angle Approach for Retrieval of Surface Reflectance for CRISM Observations), développé en collaboration avec Xavier Ceamanos et Sylvain Douté (IPAG) au cours de la thèse. Puis, les données de réflectance de surface à différentes géométries sont analysées en inversant à l’aide d’une approche bayésienne le modèle photométrique de Hapke qui décrit le transfert radiatif en milieu granulaire. Ce modèle dépend de six paramètres photométriques de surface (e.g., albédo de diffusion, fonction de phase, rugosité macroscopique de la surface), reliés aux propriétés physiques des matériaux comme la taille, la structure interne, la forme, la rugosité des grains, et la rugosité de la surface.
Une première application a été menée au niveau des sites d’atterrissage des rovers de la mission Mars Exploration Rover, où des données orbitales et in situ sont disponibles. Ces dernières sont utilisées comme « vérité terrain » pour valider les interprétations des paramètres photométriques estimés. Dans ce travail, des cartes des paramètres photométriques ont été fournies le long et autour du trajet des rovers permettant d’avoir accès aux informations des propriétés des matériaux sur une étendue plus importante que les données in situ. Une interprétation de chacun des paramètres et un lien aux propriétés physiques et aux processus géologiques ont été fournis. Les résultats montrent des propriétés de diffusion variés au sein d’une observation CRISM (10x10km) suggérant que les surfaces sont contrôlées par des processus géologiques plus locaux (e.g., processus éoliens, fragmentation de la croûte par impact).
Une dernière partie se focalise sur la détermination des propriétés de diffusion des matériaux de surface de différents terrains géologiques formés dans des contextes différents. Le but est d’identifier les variabilités des propriétés de diffusion à travers Mars.