Analyse et modélisation de surfaces planétaires // Analysis and modeling of planetary surfaces

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.
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The Surfaces and Sub-surfaces team of the Planetary Science Division at LATMOS focuses on monitoring and characterizing natural surfaces, both terrestrial and planetary. Among its objectives, the team aims to develop methods for characterizing and modeling various types of surfaces and integrating them into electromagnetic models used to simulate radar operations on Mars and other planets.
The backscattered signal depends on the incident wave, the electrical properties of the medium (permittivity) and the nature of the diffusers present. It reflects both the interaction with the surface and the contribution of the subsoil that should be dissociated. This observation shows the need to refine the description of surfaces.
We have a database of digital elevation models (DEMs, 2.5D) with millimeter-scale resolution, covering areas of about one square meter, measured on bare surfaces using laser scanning or photogrammetry, as well as on laboratory-prepared soils of 0.5m x 0.5m. These measurements correspond to different soil treatments with varying spatial densities of clods, the presence or absence of furrows, and the presence or absence of coarse elements (stones, rocks). These surfaces allow us to study small-scale features at high resolution. These terrestrial data are essential to our approach of comparative planetology. Indeed, the small scale corresponds to what the WISDOM radar will observe on Mars. These data will also help bridge the gap between 2D images and 2.5D DEMs (with relief elements). They will also enable simulations of scattering by a deterministic rough surface, within the framework of a case study.
In addition, a measurement campaign will take place in September in Spain (field campaign involving several instruments of the payload of the EXOMARS mission including cameras and WISDOM) where the goal will be to capture the surface with photos and 3D views generated by photogrammetry. It will then be a question of simulating the surface radar response (cluttergrams) and comparing it to what is seen on the experimental radar data to determine the effects related to the surface and distinguish them from those related to the subsoil.
We also have Martian surface DEMs at a larger scale (200,000 m x 200,000 m), and it appears that Mars' surface also exhibits multiple levels of roughness and is fundamentally composed of bumps, depressions, peaks, and coarse elements. On these DEMs, the objective is to propose algorithms for automatic search and characterization of elements such as impact craters, the parts of the regolith visible on the surface ... which will be useful to better know the history of the surface of Mars and its formation.
The objective of this thesis is therefore to study different surfaces with a view to modeling them. For the small scale, there will be two approaches: a statistical one and a deterministic one. In the statistical approach, we will study multiple surfaces to derive their properties and model the elements structuring the surface and their support. This will allow for a parameter-based surface characterization, useful for applying approximate electromagnetic codes, and the possibility of simulating a large number of surfaces, which is useful for applying exact electromagnetic codes. In the deterministic approach, we will conduct a case study and determine the scattering from a given rough surface. For the large scale, we will investigate whether methods envisioned for the small scale can be adapted and developed to segment Martian DEMs with 200-meter resolution.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours d'accès aux contrats doctoraux

Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes

127 Astronomie et Astrophysique d'Ile de France

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.
Skills in probability and statistics, as well as in signal and image processing, and electromagntism. Skills in programming. Scientific rigor, methodology and autonomy.