Recherche Avancée

Thèse en cours

Etude de la surface et de la subsurface de Mars : traitement et exploitation scientifique des données des radars MARSIS et SHARAD

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Auteur / Autrice : Marc Schott
Direction : François Xavier (phys) Desert, Sonia Zine
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Astrophysique et Milieux Dilués
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2017
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Planetologie et d’Astrophysique de Grenoble

Résumé

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Les radars MARSIS (Mars Express/ESA) et SHARAD (Mars Reconnaissance Orbiter/NASA) sont des radars basses fréquences (1.8-5 MHz pour le premier et 15-25 MHz pour le second) en orbite autour de Mars  depuis 2005 et 2006. Ils ont pour objectif de sonder le sous-sol martien sur des profondeurs pouvant aller jusqu'à quelques kilomètres, afin de fournir des informations sur ses propriétés diélectriques, sa composition, sa structure, et surtout la recherche d’eau sous forme de  glace ou liquide. En plus de 10 ans en orbite, la quantité de données acquise couvre presque toute la surface de Mars, ainsi qu’une partie de son satellite Phobos. MARSIS a vu son financement prolongé par l’ESA jusqu’à fin 2018 (une demande de prolongation jusqu’à 2020 est en train d’être évaluée), avec, entre autres objectifs clés, la fourniture d’une meilleure estimation de l’eau séquestrée dans les pôles. Le groupe radar de l'IPAG est associé (Co-I) aux équipes scientifiques de ces instruments, et a en particulier étudié la structure des plaines du nord et des calottes polaires martiennes (Mouginot et al. GRL 2012, Grima et al. Icarus 2012). Ces activités ont été mises en veilleuse ces dernières années, du fait de l'implication des membres du groupe dans la mission Rosetta, et sont actuellement relancées. Le travail de recherche débutera par une synthèse bibliographique des articles exploitant les données MARSIS et Sharad et publiés au cours des 4-5 dernières années, en s'intéressant particulièrement aux méthodes utilisées pour extraire les signaux et les interpréter, aux régions de Mars étudiées, et à l'interprétation géologique des résultats. Il s’agira ensuite de sélectionner des régions d’étude d’intérêt particulier pour la compréhension de la géologie martienne (calottes polaires, sources régionales de méthane, cratères susceptibles de contenir de la glace, etc.), puis d’effectuer des simulations des échos de surface pour modéliser et normaliser le signal, et d’en interpréter les résultats en termes de propriétés diélectriques de la surface. De plus, l’analyse de la réflectivité de surface à des fréquences différentes fournira des informations sur sa composition. La modélisation de la diffusion par la surface s’appuiera sur le modèle numérique de terrain haute résolution (10 m) établi à partir des données de la caméra HiRISE à bord de MRO. A ce titre, un premier axe de travail s’inscrit dans la préparation de la mission ExoMars de l’ESA, dont le lancement est prévu en 2020. Cette mission comporte un rover, pour lequel la localisation du site d’atterrissage est à l’étude : les données radar acquises sur les sites pré-sélectionnés permettront d’estimer la rugosité de la surface, contribuant à guider la sélection du site d’atterrissage. Un deuxième axe de travail sera le traitement et l’analyse des données haute résolution : le mode « flash memory » permet d’enregistrer sur des segments courts les échos individuels sans traitement à bord, le post-traitement produisant une meilleure résolution. Il s’agit de mettre en place un traitement des données permettant la détection de couches dans la proche subsurface, non détectables avec le traitement bord. Ces données pourront aussi être exploitées pour Phobos, afin de déterminer si des informations sur sa structure interne peuvent en être extraites. Il est à noter que le développement des simulations bénéficie du contexte de préparation des missions d’exploration des satellites de glace de Jupiter, JUICE (ESA) et Europa Clipper (NASA), auxquelles l’IPAG est associé (Co-I). Enfin, l’ENS Lyon, en association avec l’IAS, développe dans le cadre des observatoires virtuels un SIG martien proposant à la communauté les données des missions en accès public, ainsi que des pipelines de traitement. L’objectif est donc d’intégrer à ce SIG les données MARSIS et Sharad ainsi que les simulations des échos de surface (comme données auxiliaires nécessaires à l’interprétation), et les chaines de traitements développées à l’IPAG.