Planetary science team in Lyon, France
La Fête de la science 2024 est placée sous le thème « Océans de Savoirs » et se tiendra du 4 au 14 Octobre. Et ça tombe bien, un an après le lancement d’OCEANID, Cathy sera ambassadrice pour la région AURA aux côté d’Eric Blayo, enseignant-chercheur en mathématique appliquées à l’Université Grenoble Alpes.
Comme chaque année, l’Observatoire de Lyon propose une série d’animations sur les différents sites.
De nombreux membres de l’équipe se sont rendus à l’EuroPlanet Science Congress qui s’est tenu du 8 au 13 Septembre 2024 à Berlin (comme en 2018!).
Inès a présenté le mardi l’état d’avancement de ses travaux qui visent à réunir les géologies des minéraux hydratés des régions d’Oxia Planum et Mawrth Vallis.
Maxime présentait un poster ce même jour sur des échantillons de silice prélevés au Botswana au niveau des lacs salés du Makgadigadki, un analogue terrestre aux observations martiennes. Il a également fait une présentation orale sur l’observation de minéraux hydratés en contexte de volcanisme sédimentaire sur Mars, vendredi matin.
Matthieu a repris ses devoirs et pu présenter un poster MarsSI et rencontrer nouveaux et anciens utilisateurs pour leur parler des évolutions et nouveaux jeux de données tels que CaSSIS.
Cédric a présenté en session orale ses travaux sur les lois géomorphologiques des cratères de petites tailles (<50m), résultats de nouvelle méthodes plus robustes d’estimation des profondeurs de cratères.
L’équipe n’était qu’une partie de l’impressionnante présence française dans cette conférence, ce qui fut l’occasion de nombreux échanges!
Maxime Pineau a rejoint e-Planets en ce début Septembre pour un contrat post-doctoral dans le cadre de l’ERC OCEANID.
Maxime a soutenu sa thèse au LPG (Nantes) en 2020, intitulée « Étude des propriétés proche-infrarouge de la silice opaline et de la kaolinite pour interpréter leur origine géologique sur Mars » sous les directions de Benjamin Rondeau et Laëtitia Le Deit, dans le cadre de l’ANR MarsPrime. Par la suite, il a réalisé des enseignements en géologie à l’Université d’Orléans en tant qu’ATER avant de rejoindre l’ANR PaleoSilica en tant que postdoc depuis 2022 jusqu’à cet été 2024.
Maxime étudie la géologie des minéraux d’altération (e.g., silice hydratée, argiles, sulfates, carbonates) sur la planète Mars, mais également sur Terre grâce à l’observation de sites géologiques analogues.
La saison des stages commence, voici un petit aperçu des stages encadrés dans l’équipe pour ce printemps 2024:
Cartographie automatique des Interior Layered Deposits (ILD), des
roches sédimentaires très friables identifiées comme des sulfates mono
et polyhydratés, en utilisant un algorithme de Machine Learning (Random
forest/SVM).
Etude et mise en place de collections STAC basées sur les données MarsSI, création et analyse de cartes de paramètres spectraux.
En 2018, la plaine d’Oxia Planum, dans la région d’Oxia, était sélectionnée comme site d’atterrissage de la mission d’investigation du rover « Rosalind Franklin »/Exomars (ESA). Cette mission d’exobiologie hors normes a un lancement prévu pour 2028.
Une des étapes suivantes de la missions était l’organisation par l’ESA d’un groupe de travail pour la création d’une carte de la géologie à haute résolution. Si les études de sélection de sites avait montré l’intérêt de la région, il s’agit désormais d’avoir une connaissance approfondie des types de sols présentés afin que, une fois arrivé, le rover Rosalind Franklin puisse être guidé vers les zones d’intérêt les plus proches (et les plus sûres).
C’était la mission du groupe « Macro » de l’équipe scientifique d’Exomars. Matthieu Volat (Observatoire de Lyon) a pu faire profiter de son expérience et du système MarsSI pour fournir des modèles 3D de terrain et de l’imagerie rectifiée sur la base des caméras CTX et HiRISE de la mission satellite NASA MRO. Ces données ont été également complétée par des détections minérales issues des instruments OMEGA (mission Mars Express de l’ESA) et CRISM (MRO) issues du travail de Cathy Quantin-Nataf, Lu Pan, Lucia Mandon (LGLTPE durant ces travaux) et John Carter (IAS durant ces travaux), ainsi que de données CASSIS (mission ESA TGO) fournies par l’équipe CASSIS elle-même. Ces données collectées ont alimenté le système de données ESA MMGIS et ont permis la réalisation d’une analyse collaborative : plus de 100 chercheurs volontaires ont parcouru la zone atterrissage durant l’été 2020 pour en annoter les caractéristiques.
La dernière étape n’était pas la moindre : regrouper, parfois arbitrer et réconcilier le travail du groupe de cartographie. Cette tâche a été confiée à Peter Fawdon (Open University, UK) et Csillia Orgel (ESA) dont la carte finale de géologie d’Oxia Planum a été publiée dans le volume 20 de la revue « Journal of Maps » (https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445647.2024.2302361).
Cette cartographie synthétise l’état d’analyse de la zone d’investigations potentielle prévue pour le rover Rosalind Fanklin, telles que les données orbitales nous le permettent. Mais il s’agit également d’une occasion d’avoir les attentions de nombreux experts sur une zone spécifique, permettant de confronter et confirmer les méthodes et analyses de la surface martienne.
Il ne s’agit néanmoins pas de la fin des analyses de données orbitales de cette zones, car d’autres types de données (par exemple radar) ou méthodes d’analyses seront certainement utilisées d’ici le lancement de la mission!
Cathy Quantin-Nataf (Université Lyon1/France) and Alain Herique (Université Grenoble Alpes/France)
The Martian missions have gradually revealed that Mars abounds with evidence of a full ancient hydrological system favorable to life emergence. If so, we can expect ancestral sedimentary deposits in basins or in the Martian lowlands. Recent advances in the analyses of the surface of Mars suggest that buried Noachian deposits may be ubiquitous and locally exhumed. Different dataset can be used to study buried layers including surficial data (optical or hyperspectral), but also orbital low frequency radar data from MARSIS/Mex and SHARAD/MRO. However, penetrating radar data are still little used for subsurface geological investigations while they are crucial complementary dataset to surface data. The main reason is that the surface clutter of the rough surface of Mars is creating many reflectors inducing an ambiguity in radargrams between deep reflectors of interest and slant surface reflectors arriving at the time. The deconvolution of the surface clutter is so crucial to interpret the data in terms of subsurface structures. The classical approach for such deconvolution is to use the global altimetry data set (200m/pix) (Nouvel et al 2003, Carter et al., 2009), but at this low spatial resolution, many clutters are missed. Optical DTMs provide better resolution. However, their use remains limited due to their coverage and the presence of artifacts (Desage et al., 2023).
The goal of this PhD project is to better use higher resolution terrain models (10m/pix) to simulate the surface clutter in the goal to highlight geological reflectors possibly linked to buried layers especially in the region of the Martian dichotomy (transition between Martian low and highlands) and to complementary analyze their 3D geological context.
SHARAD (Mars SHAllow RADar sounder, onboard Mars Reconnaissance Orbiter) ground penetrating radar has the ability to sound the first few hundred meters of the subsurface with a vertical resolution of 15m and a horizontal resolution of few hundred meters (Seu et al., 2007).
To better simulate the surface clutter and remove ambiguities, we need elevation data at higher spatial resolution but with a coverage large enough to cover around 50 km on both side of the radar track. CTX Digital Elevation Models (DEMs), obtained by stereo-photogrammetry of CTX images (Beyer et al., 2018; Michael C. Malin et al., 2007), are about 10m/pix and cover about 17% of the surface of Mars allowing in certain places mosaicking of DEMs larger than 100 km. For instance, such mosaic of CTX DEMs has been produced and used to characterize the landing site of ExoMars (Volat et al., 2023).
We have developed a new pipeline allowing the mosaicking CTX images around SHARAD track to simulate the surface clutter of the observed SHARAD data. The pipeline has been delivered but all the tests and use cases in different geological context still need to be done.
The familiarization with methods and pipeline is the first part of the PhD. Geophysical interpretations and/or automated data analysis methods will be developed by the second part. The study of Oxia Planum region will for instance contribute to the characterization of the ExoMars landing site while being a study case for the pipeline validation. Then, key locations of the surfaces of Mars along the Martian dichotomy will then be analyzed and interpreted.
The subject is between physics and planetary geosciences. We expect candidate to have solid physical background and knowledge (or at least interest) in Geosciences. Experience with penetrating radar data is not mandatory but is an advantage.
CV and Cover letter to be send to cathy.quantin@univ-lyon1.fr before April 15st 2024.
Le Laboratoire de Géologie de Lyon – Terre, Planètes, Environnement (LGL-TPE), où se situe le groupe e-Planets, présente son nouveau logo et site web:
Ce nouveau site web renseigne de manière plus claire et à jour les actualités du laboratoire (affilié Université Claude Bernard Lyon 1, Ecole Normale de Lyon, Université Jean Monnet Saint Etienne et CNRS), n’hésitez pas à y jetter un oeil!
Après deux années de « Young Graduate Trainee » au site ESTEC de l’ESA pour préparer la mission du premier rover européen ExoMars, Inès rejoint e-Planets pour démarrer une thèse co-encadrée par Cathy Quantin Nataf (LGL-TPE) et John Carter (LAM) dans le cadre du projet ERC OCEANID.
L’objectif de sa thèse est de documenter l’enregistrement sédimentaire ancien de Mars au niveau de la transition entre les terrains hauts de l’hémisphère sud et les terrains bas du Nord et de préparer la mission ExoMars en analysant l’étendue et la nature des terrains sédimentaires qui composent le site d’atterrissage.
En effet, les missions martiennes des 20 dernières années ont révélé que Mars regorgeait de preuves d’un système hydrologique ancien complet favorable à l’émergence de la vie. Si tel est le cas, il y a tout lieu de croire que Mars a accueilli un océan hémisphérique couvrant les basses terres du nord. Cette hypothèse est aussi ancienne que l’exploration de Mars, mais a été remise en question à plusieurs reprises au cours des deux dernières décennies. Le cas de l’océan martien primitif reste l’un des problèmes les plus controversés et non résolus de la planète.
Des découvertes récentes rouvrent cette question suggérant que la principale activité océanique est peut-être plus ancienne qu’on ne le pensait avec des sédiments océaniques en partie enfouis et exhumés. La mission ExoMars Rosalind Franklin ESA qui sera lancé en 2028 a pour site d’atterrissage les dépôts sédimentaires les plus anciens jamais explorés sur Mars avec une origine potentiellement océanique.
Nous sommes tous heureux d’acceuillir et souhaiter la bienvenue à Ines!
Valentin Bonnet Gibet (LGL-TPE, ENS de Lyon) soutiendra sa thèse, intitulée « Formation de la croûte et histoire thermique Martienne » qui aura lieu le Lundi 23 octobre 2023 à 14h en salle des thèses à l’ENS Monod (46 allée d’Italie, Lyon).
La sismologie a récemment apporté d’importantes informations sur la structure de l’intérieur de Mars et en particulier de sa croûte. L’épaisseur moyenne de la croûte est contrainte entre 50 et 67 km avec une différence de 12 à 34 km entre les hémisphères Nord et Sud. Cette dichotomie est une caractéristique essentielle de la surface Martienne. Dans cette thèse, je propose un nouveau mécanisme pour expliquer sa formation, basé sur un processus de rétroaction positive entre l’épaisseur de la croûte et son extraction. La croûte étant enrichie en éléments producteurs de chaleur, lorsqu’elle est plus épaisse, la base de la lithosphère, qui est une limite rhéologique et donc thermique, est atteinte à une profondeur moindre. Sous une lithosphère amincie, la fraction de liquide dans le manteau est plus élevée, car à une même température mais à plus faible pression. Les vitesses d’extraction de magma sont alors plus élevées et la croûte croit plus rapidement là où elle est plus épaisse. La diffusion de la chaleur dans la lithosphère favorisant les grandes longueurs d’onde, nous proposons que ce mécanisme ait pu générer la dichotomie martienne. Pour le tester, j’ai développé un modèle d’évolution thermique paramétré asymétrique incluant l’extraction de la croûte. Avec ce modèle, nous démontrons qu’une dichotomie crustale se développe et croit à partir d’une perturbation hémisphérique initiale négligeable. Pour une certaine gamme de paramètres, notre modèle est capable de reproduire les observations sur l’épaisseur de la croûte et la structure thermique du manteau. Nous montrons aussi qu’une planète en couche stagnante avec une forte dichotomie d’épaisseur de croûte se refroidit légèrement plus vite qu’une planète dont la croûte est d’épaisseur constante. Enfin, nous démontrons que notre modèle de croissance de la dichotomie fournit également une explication pour la formation de roches différenciées dans les Hautes Plateaux du Sud.
Le jury sera constistitué de :
Le traditionnel pot de thèse aura lieu dans la salle conviviale du laboratoire (bâtiment M8, 2e étage).
Selma Benseguane (LGL-TPE) soutiendra sa soutenance de thèse intitulée « De la topographie locale à la morphologie globale: origines et conséquences sur l’activité des noyaux cométaires ». La présentation se tiendra en anglais le lundi 25 septembre à 14h à la Salle Fontannes du Bâtiment Charles Darwin D, RdC, à La Doua.
Les noyaux cométaires présentent une complexité considérable à la fois à l’échelle locale et globale. Des dépressions circulaires, ou « pits », ont été observées sur toutes les comètes de la famille de Jupiter visitées par des sondes spatiales, ce qui a suscité un intérêt pour leur formation et leur évolution par l’activité thermique et l’érosion dans les conditions d’illumination actuelles. De plus, l’irrégularité globale de ces noyaux nous a conduit à examiner son impact potentiel sur leur activité globale et l’importance des données de forme pour ajuster précisément les courbes d’activité observées au sol.
Pour étudier ces questions, nous avons modélisé l’activité thermique, à la fois au niveau des structures topographiques locales, ou pits, et du noyau entier – en fonction de l’objectif de chaque étude – en tenant compte du modèle de forme complexe et des conditions d’illumination de la surface qui lui sont associées. Pour chaque facette du modèle de forme local ou global, nous calculons l’énergie solaire, y compris les effets d’ombre et de self-heating, que nous intégrons comme condition de surface d’un mo- dèle d’évolution thermique. Ce modèle, à son tour, génère des résultats d’activité, tels que les taux de production de gaz ou de poussière et l’érosion locale.
Nous avons étudié les pits présents à la surface de 67P/C-G, 9P/Tempel 1, 81P/Wild 2 et 103P/Hartley 2, pour lesquels nous disposons de modèles de forme 3D à haute réso- lution. Nous avons exécuté les simulations pendant la période correspondant à la durée que chaque comète a passée sur son orbite actuelle au sein du Système Solaire interne (par exemple, 10 orbites pour 67P). Nous avons trouvé que l’érosion des pits, atteinte après toutes les révolutions orbitales, ne peut pas expliquer leur morphologie actuelle. Ceci est valable tant en termes de quantité de matière érodée qu’en termes de schéma d’évolution de la forme résultant d’un tel processus. Par conséquent, les pits ne sont probablement pas formés par l’érosion durant les orbites actuelles du Système Solaire.
Pour notre étude de l’activité globale, nous nous sommes concentrés sur les comètes 67P, 9P et 103P. Ces comètes disposent de modèles de forme 3D et de taux de production observés couvrant suffisamment la période du périhélie. En utilisant ces données, nous avons pu comparer les taux de production d’eau observés et simulés. Nos simulations ont incorporé à la fois des modèles de forme à basse résolution qui conservent la forme globale de la comète et des modèles sphériques avec des surfaces équivalentes. Nous avons également ajusté divers paramètres structurels et thermiques initiaux. Notre étude a conclu que la compréhension de l’activité séculaire des comètes nécessite de prendre en compte les hétérogénéités thermiques ou mécaniques tout autant que la forme, voire plus. Les observations au sol seules ne peuvent pas lever l’ambiguïté entre ces caracté- ristiques, justifiant ainsi une approximation sphérique pour une compréhension initiale de l’activité cométaire.
La soutenance sera suivie du traditionnel pot de thèse.