Traitement et analyse des données du radar MARSIS/Mars Express

Data processing and analysis of the MARSIS radar onboard Mars Express

• Auteur / Autrice : Jérémie Mouginot
• Direction : Wlodek Kofman, Alain Hérique
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mars

Mots clés libres

Radar marsis

Résumé

Ce mémoire décrit le traitement et l'analyse des données du Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS). Le traitement de ces données a principalement consisté à compenser la distorsion ionosphérique. Cette correction a permis de réaliser une mesure indirecte du contenu électronique de l'ionosphère. Grâce à ces mesures, nous avons pu étudier en détail l'ionosphère martienne. Nous avons ainsi montré que le champ magnétique rémanent modifiait la distribution des électrons de l'ionosphère en précipitant les particules du vent solaire le long des lignes de champ radiales. Les radargrammes corrigés nous ont permis d'étudier en détail les calottes martiennes. Nous faisons le bilan du volume des calottes polaires de Mars en utilisant des outils numériques développés pour le pointage des interfaces. Nous montrons ainsi que le volume des calottes correspondrait à une couche d'eau d'environ 20 m d'épaisseur répartie sur toute la planète. Nous étudions enfin la réflectivité de la surface martienne. Pour cela, nous avons extrait l'amplitude de l'écho de surface de chaque pulse MARSIS, puis, après avoir calibré ces mesures, nous avons créé une carte globale de l'albédo radar. Nous nous sommes attachés à décrire cette carte de réflectivité, d'abord de manière globale, puis plus localement autour de Medusae Fossae et de la calotte résiduelle sud. Nous montrons que la réflectivité décroît avec la latitude, cette constatation est surement liée à la présence d'un pergélisol lorsqu'on remonte vers les hautes latitudes. Près de l'équateur, nous observons que les formations de Medusae Fossae possèdent une constante diélectrique de 2,4+/-0. 5 ce qui est caractéristique d'un terrain poreux et/ou riche en glace. Dans cette même région, nous montrons que, dans les plaines d'Elysium et Amazonis, la constante diélectrique est égale à 7\pm1 et nous observons une interface dans la plaine d'Amazonis à environ 140+/-20 m, notre conclusion est que ces résultats sont caractéristiques d'écoulements de lave. L'étude de la calotte résiduelle sud de Mars, à l'aide d'un modèle de réflectivité multi-couches, nous permet d'estimer l'épaisseur de CO2 qui couvre cette région à 11+/-1. 5 m.

This manuscript describes the data processing and analysis of the Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS). The data processing consists mainly to compensate the ionospheric distorsion. This correction provides as beneficial by-product to estimate the total electron content of the martian ionosphere. Using this results, we study in detail the martian ionosphere. We show that the remnant magnetic fied changes the spatial distribution of electrons in the ionosphere by accelerated the solar wind particles along magnetic field lines. The corrected radargrams provide the opportunity to study in detail the martian polar deposits. After the development of numerical tools to select the subsurface interfaces, we make a volume balance of the martian polar deposits. We show that the volume of the martian ice sheets is equivalent to a global water layer thickness of about 20 m. In a last part, we study the martian surface reflectivity. To do that, we extract the surface echo amplitude from each MARSIS pulse, and then, after calibrate it, we construct a global map of radar reflectivity (radar albedo). We describe the reflectivity map, firstly in a global point of view and secondly, more regionally around Medusae Fossae and the south residual cap of Mars. We show that the reflectivity decreases with the latitude, this constatation is probably linked to the presence of permafrost in the shallow subsurface. Near equator, we observe that the Medusae Fossae Formation corresponds to a dielectric constant of 2,4+/-0. 5, which is carateristic of a porous and/or ice rich terrain. In the same region, we show that the dielectric constant of Elysium and Amazonis Planitia is equal to 7+/-1 and we observe a interface at about 140+/-20 m under the surface, our main conclusion is that these results are characterics of lava floods. Finally, the study of the reflectivity of south residual of Mars by a multi-layers model of reflectivity, shows that the CO2 layer covering this region has a thickness of about 11+/-1. 5 m.