Thèse Analyse et Modélisation de Surfaces Planétaires H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales Direction de la thèse : Edwige VANNIER ORCID 0000000301344270 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-17T23:59:59 L'équipe Surfaces et Sub-surfaces du pôle planétologie du LATMOS s'intéresse au suivi et à la caractérisation des surfaces naturelles, terrestres et planétaires. Cette équipe a entre autres pour objectifs de développer des méthodes de caractérisation et de modélisation de divers types de surfaces et de les inclure dans des modèles électromagnétiques servant à simuler les opérations radar sur Mars et autres planètes.
Le signal rétrodiffusé dépend de l'onde incidente, des propriétés électriques du milieu (permittivité) et de la nature des diffuseurs présents. Il reflète à la fois l'interaction avec la surface et la contribution du sous-sol qu'il convient de dissocier. Ce constat montre la nécessité d'affiner la description des surfaces.
Nous disposons d'une base de données de modèles numériques de terrain (MNT 2.5D) de résolution millimétrique, de l'ordre du mètre carré, mesurés sur des surfaces nues, et sur des sols composés en laboratoire de 0.5m par 0.5m. Ces mesures correspondent à différents travaux du sol avec des densités spatiales de mottes différentes, la présence ou non de sillons, la présence ou non d'éléments grossiers (cailloux, pierres). Ces surfaces permettent de s'intéresser à la petite échelle à haute résolution. Ces données terrestres sont essentielles à notre approche de planétologie comparée. En effet, la petite échelle correspond à ce que verra le radar WISDOM sur Mars. Et ces données permettront de faire le lien entre des photos (images 2D) et des MNT 2.5D (avec éléments en relief). Elles permettront aussi de faire des simulations de diffusion par une surface rugueuse déterministe, dans le cadre d'une étude de cas.
En outre, une campagne de mesures aura lieu au mois de septembre en Espagne (campagne terrain impliquant plusieurs instruments de la charge utile de la mission EXOMARS dont des caméras et WISDOM) où le but sera de capter la surface par des photos et des vues 3D générées par photogrammétrie. Il s'agira ensuite de faire des simulations de la réponse radar de la surface (Cluttergrammes) et de comparer à ce que l'on voit sur les données expérimentales radar pour déterminer les effets liés à la surface et les distinguer de ceux liés au sous-sol.
Nous avons aussi des MNT de surface martienne à plus grande échelle (200 000 m par 200 000 m) et il apparait que la surface de Mars comporte également plusieurs niveaux de rugosité et est fondamentalement composée de bosses, de dépressions, de pics et d'éléments grossiers. Sur ces MNT, l'objectif est de proposer des algorithmes de recherche et de caractérisation automatique d'éléments tels que les cratères d'impact, les parties du régolithe visibles en surface ... qui seront utiles pour mieux connaître l'histoire de la surface de Mars et sa formation.
L'objectif de cette thèse est donc d'étudier différentes surfaces en vue de leur modélisation. Pour la petite échelle, il y aura deux approches : une statistique et une déterministe. Dans l'approche statistique, il s'agira d'étudier plusieurs surfaces pour en tirer des propriétés et faire la modélisation des éléments structurant la surface et de leur support. Cela permettra d'avoir une caractérisation de la surface par paramètres, ce qui est utile pour appliquer des codes électromagnétiques approchés, et d'avoir la possibilité de faire des simulations de surfaces en grand nombre, ce qui est utile pour appliquer des codes électromagnétiques exacts. Dans l'approche déterministe, nous ferons une étude de cas, et il faudra déterminer la diffusion par une surface rugueuse donnée. Pour la grande échelle, nous étudierons si des méthodes envisagées pour la petite échelle peuvent être adaptées et développées pour segmenter les MNT martien de résolution 200 m.
La petite échelle correspond à ce que verra le radar WISDOM sur Mars. Nous avons des données de surfaces terrestres et une campagne de mesure complètera la base de données. Il s'agira ensuite de faire des simulations de la réponse radar de la surface (Cluttergrammes) et de comparer à ce que l'on voit sur les données expérimentales radar pour déterminer les effets liés à la surface et les distinguer de ceux liés au sous-sol.
L'étude de modèles numériques de terrain de mars sera axée sur la recherche d'éléments d'intérêt qui seront utiles pour mieux connaître l'histoire de la surface de Mars et sa formation. En particulier, la recherche et la caractérisation des cratères est importante pour connaître l'âge des surfaces et accéder partiellement à la sous-surface. La caractérisation des régolithes est également intéressante car ils évoluent sous l'effet de l'érosion spatiale et éolienne (actives aujourd'hui) et l'érosion fluviale (active dans le passé). L'objectif de cette thèse est d'étudier différentes surfaces en vue de leur modélisation.
Pour la petite échelle, il faudra caractériser les surfaces par des paramètres et faire de la génération numérique afin de pouvoir simuler leur diffusion, et il y aura une étude de cas de diffusion par une surface rugueuse.
Pour la grande échelle, nous étudierons si des méthodes envisagées pour la petite échelle peuvent être adaptées et développées pour segmenter des surfaces martiennes de résolution 200 m.
Plusieurs approches pourront être envisagées pour caractériser les surfaces : décomposition en valeurs singulières, analyse multi-résolution, analyse et synthèse par filtrage, segmentation, détermination des densités de probabilité marginale et conjointe des hauteurs ... La pertinence des modèles proposés sera évaluée et discutée en fonction des hypothèses sur lesquelles ils reposent, de leur complexité, de leur capacité à reproduire une surface réaliste et de leur intérêt pour les applications. L'analyse de données et le traitement du signal permettent d'extraire des caractéristiques des surfaces rugueuses. Pour la petite échelle, nous travaillons sur des modèles numériques de terrain, i.e. des images topographiques du sol en 3D, de résolution millimétrique. Nous avons aussi des photos et étudierons le lien entre la 2D et la 3D. Nous appliquerons des modèles électromagnétiques de diffusion. Nous étudierons aussi des modèles numériques de terrain de Mars à grande échelle pour identifier et caractériser les éléments d'intérêt.

Compétences en probabilités et statistiques, ainsi qu'en traitement du signal et de l'image, et électromagntisme.
Compétences en programmation.
Rigueur scientifique, méthodologie et autonomie.