Imagerie radar basse fréquence pour l'exploration des zones arides terrestres et martiennes : détection de l'humidité du sous-sol et cartographie de la paléo-hydrologie

par Yannick Lasne

Thèse de doctorat en Télédétection radar et planétologie

Sous la direction de Philippe Paillou.

Soutenue en 2005

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ces travaux de recherche proposent une approche expérimentale pour étudier les capacités de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection des zones humides dans le sous-sol des régions arides terrestres et martiennes et la cartographie géologique de leur proche subsurface. En particulier, l'analyse phasimétrique d'images SAR (bande L) de la Dune du Pyla nous a permis de mettre en évidence un comportement particulier de la différence de phase copolaire, lié à la présence d'une zone humide dans la subsurface. Afin d'interpréter et de modéliser ce phénomène, nous avons développé un modèle analytique de diffusion simple, de type IEM, complété par une expression analytique du terme de diffusion par réflexion multiple. Simulant avec succès le phénomène observé, notre modèle confirme que le signal de phase est généré par le profil d'humidité des structures enfouies occasionnant une composante de diffusion par réflexion multiple. Il a également été montré que ce signal de phase copolaire permet la détection d'interfaces humides à des profondeurs plus importantes que celles autorisées par l'analyse des indicateurs radiométriques classiques. Participant au programme Terrestrial Analog to Mars de la NASA, nous avons également travaillé à la définition des performances d'un système SAR orbital en bande P pour la détection d'humidité dans la proche subsurface de la planète Mars, au moyen de la phase radar. Incluant un terme de diffusion de volume, notre précédent modèle IEM montre que la présence d'hétérogénéités dans les premiers mètres de la croûte martienne pourrait altérer les performances de la différence de phase copolaire pour la détection d'humidité en terme de profondeur d'investigation. Néanmoins, nos résultats de simulations indiquent qu'un tel système SAR, exploitant la phase copolaire, autoriserait la détection de l'humidité et son suivi à l'échelle saisonnière jusqu'à des profondeurs de 3 mètres dans les régions présentant un contexte géologique favorable i. E. Une faible concentration de diffuseurs de surface et de proche subsurface. Au-delà de la détection d'humidité des sols, nous avons également cherché à mettre en évidence l'apport de l'imagerie radar pour les applications de cartographie d'interfaces géologiques à grande échelle au moyen de systèmes radar orbitaux. L'analyse polarimétrique de données SIR-C/X-SAR pour la Mauritanie a permis de montrer le potentiel de l'imagerie radar basse fréquence pour la détection de structures géologiques de surface ainsi que pour la cartographie de la paléo-hydrologie de la proche subsurface en contexte aride. En particulier, nos résultats ont montré que les données polarimétriques fournissent non seulement des éléments d'information sur les mécanismes de diffusion mis en jeu, mais permettent également de différencier les structures de surface par la rugosité qu'elles occasionnent, des structures de subsurface par la diffusion de volume qu'elles génèrent.

  • Titre traduit

    Low frequency radar imagery for the exploration of terrestrial and Martian arid areas : subsurface moisture detection and cartography of the paleohydrology


  • Résumé

    These research tasks propose an experimental approach to study the capabilities of low frequency radar imagery for the detection of moisture in the first few meters of the terrestrial and Martian arid areas and the geological cartography of their close subsurface. In particular, the phasimetric analysis of L-band SAR images of the Pyla Dune (France) made it possible to highlight a particular behaviour of the copolarized phase difference, related to the presence of buried wet structures in the subsurface. In order to interpret and to model this phenomenon, we developed an analytical single-scattering model based on the IEM, supplemented by an analytical expression of the multiple scattering term. Simulating successfully the studied phenomenon, our model confirms the phase signal being generated by the moisture profile of hidden structures because of the multiple scattering component. It was also shown that this particular phase signature allows the detection of wet interfaces at depths more significant than those authorized by the analysis of the traditional radiometric indicators. Taking part in the program Terrestrial Analog to Mars of NASA, we also worked with the definition of the performances of an orbital P-band SAR system for detecting moisture in the upper few meters of the planet Mars, by means of the copolarized phase difference. Including a volume scattering term, our preceding IEM model shows that the presence of heterogeneities in the first meters of the Martian crust could deteriorate the performances of the copolar phase signal for the detection of moisture in term of depth of investigation. Nevertheless, our results of simulations indicate that such a SAR system, exploiting the copolar radar phase, would authorize the detection of moisture and its follow-up on a seasonal scale until some 3 meters depths in the areas presenting a favourable geological context i. E. A weak concentration of surface and subsurface scatterers. . .

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2007 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Imagerie radar basse fréquence pour l'exploration des zones arides terrestres et martiennes : détection de l'humidité du sous-sol et cartographie de la paléo-hydrologie

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 246 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 230-246

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : H VIII-346
  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005TOU30204

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05 TOU3 0204
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