Évolution des surfaces terrestres et planétaires | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Planétologie et sciences spatiales

  Évolution des surfaces terrestres et planétaires

Évolution des surfaces terrestres et planétaires

 
 
Photomontage de surfaces planétaires
De gauche à droite Venus, Mars, Titan et Encelade. (Credits: Russian Space Agency, JPL-Nasa, ESA-NASA)

Les surfaces de la planète terrestre et des petits corps du système solaire sont des interfaces entre les processus endogènes (par exemple, le flux de chaleur interne) et les processus exogènes (par exemple, l'érosion spatiale). Comprendre comment elles se forment et évoluent avec le temps est essentiel pour une meilleure évaluation de la formation et de l'évolution du corps planétaire. Fait intéressant, ils sont principalement composés de matériaux granulaires (par exemple, régolite, sable, poussière) qui sont soumis à différents types de processus de transport, déclenchés par la dynamique intérieure ou les enveloppes fluides. Le gaspillage de masse est donc un processus principal modélisant la surface. Des granulés sur le matériau de surface peuvent s'organiser en formes de lit (par exemple, dunes, yardangs, deltas) révélant des interactions avec les liquides et l'air, lorsqu'une atmosphère est présente. La rugosité des surfaces planétaires des échelles microscopique à topographique est un paramètre clé en météorologie, hydrologie, volcanologie et géomorphologie. L'étude de ces processus dans différents contextes environnementaux, tant sur Terre que sur les planètes terrestres et leurs lunes, est fondamentale pour mieux comprendre les mécanismes de l'érosion physique et chimique ou du transport des sédiments. Les expériences et les observations effectuées sur Terre peuvent être utilisées pour valider les observations effectuées sur les planètes, le plus souvent uniquement à distance.

Les prochaines missions d’exploration du système solaire dans lesquelles nous sommes particulièrement impliqués (Bepi-Colombo, JUICE) apparaîtront en 2024 au plus tôt. Nous sommes également impliqués dans le projet de mission Earth Hyperspectral Explorer-Hypex2 proposé. Parallèlement, nous visons à poursuivre l’interprétation des données VIMS, RADAR et CIRS-Cassini sur les anneaux et les satellites, ainsi que les données publiques d’imagerie et de spectro-images (pour lesquelles nous avons développé une expertise ces quatre dernières années) sur Mars. analyse multimodale de données et modélisation multi-physique concomitante sur de riches bases de données publiques de surfaces terrestres et planétaires, assurant une surveillance continue de nos cibles avec des installations de télescopes alternatives, en particulier le JWST, afin de poursuivre les objectifs scientifiques énumérés ci-dessous:

 

  • Quantifier la contribution des processus de transport sédimentaire à la surfaces des corps planétaires et mieux comprendre les mécanismes qui les gouvernent. 
  • Caractériser la rugosityé à différentes échelles et ses effets sur les observations radiométriques.
  • Caractériser les propriétés physiques des sous-sols planétaires (silicatés et glacés) à travers leur rayonnement thermique afin de mieux comprendre les effets de l'érosion spatiale. 
  • Comprendre les différents couplage entre la surface, l'hydrosphère et la base de l'atmopshère en étudiant la dynamique de paysage en particulier sur Terre, Mars et Titan. 
  • Caractériser l'atmosphère de Titan et d'en comprendre son activité à l'échelle des saisons.
  • Accompagner la mission InSight grâce à l'imagerie de très haute résolution afin de mieux caractériser les potentielles sources sismiques ayant des signatures de surface.
  • Étudier les atmosphères des exo-planètes depuis les données JWST afin de caractériser d'éventuelles signature d'activités volcaniques et biologiques. 

Émission thermique des corps planétaires (Cécile Ferrari, Antoine Lucas)

Titan  (Sébastien Rodriguez, Antoine Lucas)

Teneur en eau et rugosité des sols (Cécile Ferrari, Stéphane Jacquemoud & Antoine Lucas)

La teneur en eau de surface et la rugosité du sol sont des paramètres essentiels de la surface du sol. Dans un contexte de changement climatique, l'état de surface est un critère pertinent de classification des sols en fonction de leur régime hydrique et de leur évolution vers la sécheresse, la désertification et l'érosion hydrique et éolienne. En hydrologie, la teneur en eau de surface et la rugosité contrôlent le processus d'infiltration et de stockage de l'eau en général. Ce sont également des paramètres clés du bilan énergétique: la température de surface et donc l'évapotranspiration dépendent de l'humidité du sol en surface; la rugosité limite l'érosion éolienne en réduisant la vitesse du vent au sol; il influence la distribution du rayonnement incident et, par conséquent, la température et l'humidité des sols. En matière de défense ou de sécurité intérieure, l'aptitude à la circulation qui résulte en partie de l'identification des zones humides et / ou de la rugosité du sol peut être essentielle au succès d'une opération militaire ou humanitaire. Enfin, l’estimation de ces deux variables sur les surfaces planétaires nous permet de mieux comprendre l’altération spatiale, l’érosion et le transport de masse.

The landing site of the martian probe Pathfinder (© NASA/JPL)
The landing site of the martian probe Pathfinder (© NASA/JPL)

Ce projet de recherche vise à modéliser la réflectance spectrale et directionnelle du sol en fonction de la teneur en eau et de la rugosité de la surface. C'est un long processus qui nécessitera la mise en place d'expériences sur le terrain et en laboratoire pour le valider. Il a débuté en octobre 2014 avec la thèse de doctorat de Sébastien Labarre (co-financé par le CEA et la DGA) sur "Caractérisation et modélisation de la rugosité multi-échelle des surfaces naturelles dans le domaine optique" et CAROLInA (Caractérisation de la rugosité multi-échelles) en utilisant OpticaL ImAgery) projet de recherche financé par le CNES. Il poursuit avec la thèse de doctorat d'Aurélien Bablet (co-financé par l'IPGP et l'ONERA) qui a débuté en octobre 2015 sur "Modélisation de la réflectance spectrale et directionnelle des sols nus en fonction de leur teneur en eau et de leur rugosité" et de la recherche SOILSPECT projet financé par le Programme National de Télédétection Spatiale (PNTS).

Processus de transport sédimentaire (Antoine Lucas, Sébastien Rodriguez, Stéphane Jacquemoud, Cécile Ferrari)

L'exploration du système solaire a révélé l'omniprésence du gaspillage de masse. Le projet vise à combiner l'analyse des données avec la simulation du modèle à différentes échelles et longueurs d'onde, permettant ainsi une évaluation quantitative de la géomorphologie dans un large éventail d'environnements planétaires. Il contribuera à éclairer les modèles géomécaniques appliqués au gaspillage de masse dans les propriétés de surface et sous-surface, ainsi que divers mécanismes de déclenchement et de réaction fonctionnant dans tout le système solaire. En fin de compte, ce projet permettra de mieux comprendre comment les surfaces planétaires se forment et évoluent avec le temps, des petits corps aux lunes et planètes glacées.

période. En effet, les processus d’altération régulent la composition chimique de la croûte continentale supérieure et, à l’échelle géologique, l’altération régule également la concentration de CO2 dans l’atmosphère via le retour d’atmosphère. En particulier, les recherches menées au cours de cette tâche portent sur des processus tels que les relations entre les événements climatiques, les glissements de terrain à grande échelle et le transport torrentiel de sédiments par la rivière dans les îles tropicales. De plus, la compréhension de ces processus pourrait également aider à prévenir les risques naturels associés. L'évaluation du transport des sédiments nécessite la quantification des volumes de sédiments impliqués. Cela peut être fait en analysant l'évolution de la topographie à différentes périodes.

Pour ce faire, nous développons un flux de travail photogrammétrique automatique permettant de dériver des modèles de topographie digirale (MNT) à partir de photographies aériennes historiques. Nous pouvons ainsi observer l'évolution du lit de la rivière et obtenir des informations sur la dynamique du transfert de sédiments des zones de production (pentes raides) vers l'océan. L'outil a été testé avec des images aériennes sur la rivière Rempart (Ile de la Réunion) entre 1978 et 2003.