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LANDAIS François

Étude comparative de la topographie des Planètes

Directeur : Frédéric SCHMIDT.

Financement : Allocation MESR.

L’objectif de cette thèse est réaliser une étude de Planétologie Comparée en utilisant les données récentes d’altimétrie laser acquises très récemment dans le but d’identifier et de quantifier les processus géologiques qui modèlent les régolites planétaires. Cette thèse est motivée par l’acquisition très récente des données altimétriques laser sur différents corps du système solaire. Bien que ces jeux de données soient étudiés séparément, il n’existe pas d’étude comparée à l’échelle globale ce qui est pourtant nécessaire pour comprendre l’évolution géologique des surfaces planétaires. D’autre part, les analyses de la topographie souffrent d’un formalisme mathématique simplificateur. Le second objectif de cette thèse sera de développer des nouveaux outils de description de la topographie, plus adaptés à ce champ. Cette thèse permettra de répondre aux interrogations fondamentales de la Planétologie actuelle. Existe-t-il une trace de tectonique des plaques sur Mars ou Vénus ? Est-ce que l’érosion par les phénomènes de « space weathering » (implantation de particule solaire et bombardement météoritiques) sont identiques sur les différents corps du système solaire ? Peut-on identifier les traces d’un paléo-océan à l’échelle régionale sur Mars ?
Depuis une petite dizaine d’année les données altimétriques par mesure lidar embarquée sur des sondes spatiales en orbite ont permis de connaître la topographie des corps du système solaire à l’échelle globale, comme par exemple les instruments MOLA pour Mars (Aharonson et al., 2001), LOLA pour la Lune (Rosenburg et al., 2011) et MLA pour Mercure (Zuber et al., 2012).f
Ces jeux de données sont disponibles publiquement et ont déjà permis des interprétations géologiques, par exemple pour le calcul de l’ensoleillement (Paige et al., 2013) ou pour répondre à des problématiques géologiques locales (Sejourné et al., 2011). Une autre approche consiste à étudier les propriétés statistiques du champ topographique, notamment ses symétries d’échelle ou dimension fractale (Turcotte et al., 1987) ou la statistique des pentes (Kreslavsky et al., 1999). L’observable majeure de ces études est la rugosité à différentes échelles, le long de profil (Kreslavsky et al., 1999, Aharonson et al., 2001, Pommerol et al., 2012). Ces techniques ne sont pas adaptées au champ topographique qui est en 2 dimensions, c’est à dire l’altitude en fonction des coordonnées géographiques. L’objectif de cette thèse est de développer des nouveaux outils de description de la topographie pour l’analyse quantitative et comparative de la topographie des corps du système solaire, utilisant des outils performants multifractals (Gagnon et al., 2006). En effet, seule cette description statistique innovante permet de décrire et de simuler des surfaces avec un degré de réalisme suffisant.
Le but de cette analyse est de déchiffrer le signal topographique afin d’établir les différents processus qui le gouvernent comme la cratérisation, la tectonique, les mécanismes d’érosion (space weathering, érosion mécanique ou chimique). Certaines études suggèrent aussi que les phénomènes de la vie terrestre peuvent être enregistrés dans le signal topographique (Dietrich et al., 2006). Bien que ces différents processus se superposent, ils sont dominants à une certaine échelle, ce qui permet de signer leur présence (Aharonson et al., 2001).
Mot clefs : topographie, statistiques, fractales