Author: Matthieu Volat

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Soutenance de thèse: Marine Joulaud

Marine Joulaud (LGL-TPE, Université Claude Bernard) soutiendra sa thèse, intitulée « Caractérisation multi-échelle des régolithes de la Lune et Mercure par imagerie et modélisation numérique » qui aura lieu le Jeudi 17 Avril 2025 à 14h en Amphithéâtre MARIE-CURIE, sur le campus de la Doua à Lyon 1 (1 rue J.B. LAMARCK 69100 Villeurbanne).

Le régolithe est la couche non cohésive formée de divers matériaux rocheux, présent sur la surface de la plupart des corps planétaires du système solaire, subissant des impacts et divers procédés d’altérations. En l’absence d’atmosphère, les surfaces de la Lune et de Mercure sont couvertes par plusieurs mètres de cette couche granulaire peu cohésive, rendant le socle rocheux largement inaccessible. Ainsi, le régolithe est la principale fenêtre d’observation de ces deux corps sans atmosphère. Cette thèse, divisée en trois parties, analyse les propriétés physiques des régolithes lunaire et herméen en combinant des données de télédétection à haute résolution avec des modèles numériques. Premièrement, une analyse quantitative est réalisée sur l’épaisseur du régolithe et la densité de blocs rocheux sur les sites d’alunissage pressentis pour l’Emirates Lunar Mission. Deuxièmement, une analyse similaire est menée sur l’épaisseur de régolithe dans la région de Borealis Planitia sur Mercure, accompagnée d’une étude qualitative de la présence de blocs rocheux. Troisièmement, des simulations numériques en deux dimensions sont réalisées avec des méthodes aux éléments discrets. Ces simulations reproduisent des impacts dans une cible à deux couches (régolithe recouvrant un socle rocheux) afin de contraindre l’influence de l’épaisseur du régolithe sur la morphologie du cratère final. À la fois sur la Lune et sur Mercure, la morphologie des petits cratères montre qu’aucune corrélation ne peut être établie entre l’épaisseur du régolithe et l’âge des surfaces étudiées. Les différences d’épaisseurs du régolithe observées pourraient être liées aux propriétés du socle sous-jacent. Les simulations 2D démontrent que la fragmentation du socle, qui est associée à la production de régolithe, diminue jusqu’à devenir nulle à un certain seuil critique d’épaisseur de régolithe. Une fois ce seuil atteint, le socle rocheux cesse d’être fragmenté. Un modèle théorique de l’évolution du régolithe est établi, suggérant que l’épaisseur de celui-ci augmente jusqu’à ce qu’une épaisseur critique soit atteinte, seuil à partir duquel le régolithe protège le socle de la fragmentation due aux futurs impacts. Dû à un flux d’impact trop faible et/ou une couche de régolithe trop épaisse, la production de ce dernier est actuellement stoppée sur la Lune et sur Mercure.

Le jury sera constitué de:

  • Cathy QUANTIN-NATAF, Professeure, LGL-TPE/UCBL1, examinatrice
  • David BARRATOUX, Directeur de recherche, Institut de Recherche pour le Développement, rapporteur
  • Sylvain BOULEY, Professeur, Université Paris-Saclay, rapporteur
  • Laëtitia LE DEIT, Maître de conférences, LPG/Université de Nantes, examinatrice
  • Christian WÖHLER, Professeur, TU Dortmund University, examinateur
  • Pascal ALLEMAND, Professeur des universités, LGL-TPE/UCBL1, directeur de thèse
  • Jessica FLAHAUT, Chargée de recherche, CRPG/CNRS/Université de Lorraine, co-encadrante de thèse
  • Evelyn FÜRI, Directrice de recherche, CRPG/CNRS/Université de Lorraine, co-encadrante de thèse
  • Vincent LANGLOIS, Maître de conférences, LGL-TPE/UCBL1, invité/co-encadrant de thèse
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Soutenance de thèse : Alexandra Le Contellec

Alexandra Le Contellec (LGL-TPE, ENS de Lyon) soutiendra sa thèse, intitulée « Post-impact volcanic modification of craters on terrestrial planets » qui aura lieu le Jeudi 5 Décembre 2024 à 14h en salle des thèses à l’ENS Monod.

Sur les corps telluriques tels que Mars, Vénus ou la Lune, des traces d’activités volcaniques passées ou récentes sont visibles. Ces témoins du volcanisme sont très souvent associés aux cratères d’impact. Sur chacun de ces corps, l’altération des cratères par le volcanisme se manifeste cependant de façons différentes : les observations radar de la surface de Vénus indiquent que de nombreux cratères sont partiellement remplis, de l’intérieur, par du magma. Sur Mars et la Lune, de nombreux cratères présentent des sols surélevés et fracturés, sans pour autant présenter de traces d’éruptions volcaniques ; ils seraient le siège d’intrusions magmatiques endogènes à faible profondeur. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à ces modifications post-impact des cratères par le volcanisme, et cherchons à expliquer leur variété sur les différentes planètes étudiées. A partir d’observations de cratères non altérés, nous reconstruisons la topographie typique d’un cratère pour chacun des corps étudiés et calculons le champ de contraintes engendré par la topographie d’un cratère. Ces champs sont ensuite utilisés dans des simulations de propagation de dykes magmatiques au sein des croûtes planétaires afin d’étudier les conséquences de la présence de cratères sur l’ascension du magma vers la surface. Il a été démontré que la perturbation générée par un cratère aide à la remontée de magma plus dense que la croûte, qui d’ordinaire resterait stocké en profondeur. Nous montrons ici que les différences de modification post-formation des cratères sur les planètes étudiées et résultant de ce phénomène s’expliquent par une déviation du dyke plus importante sur la Lune et Mars, allant jusqu’à l’horizontalisation de celui-ci sous le cratère. Sur Vénus, la déviation sera plus faible et permet au magma d’atteindre la surface uniquement à l’intérieur du cratère. Cela nous permet aussi placer des contraintes sur les propriétés de la croûte et du magma qui sont favorables à ces observations.

Le jury sera constitué de:

  • Hélène Massol, Maître de Conférence GEOPS-Université Paris-Saclay, Rapportrice
  • Valérie Cayol, Directrice de Recherche LMV-Université de Clermont-Ferrand, Rapportrice
  • Susan Conway, Directrice de Recherche LPG- Nantes Université, Examinatrice
  • Francesco Maccaferri, Chercheur INGV Bologna, Examinateur
  • Virginie Pinel, Directrice de Recherche IsTerre-Université Savoie Mont-Blanc, Examinatrice
  • Samuel Angiboust, Professeur LGL-TPE-ENS de Lyon, Examinateur
  • Chloé Michaut, Professeure  LGL-TPE-ENS de Lyon, Directrice de thèse

Un lien pour assister à la soutenance en visioconférence sera ajouté quelques jours avant la soutenance. Un pot de thèse suivra la soutenance et se déroulera dans la salle conviviale du bâtiment M8 (2ème étage). 

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Fête de la science 2024 : Cathy est ambassadrice Auvergne-Rhône-Alpes

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.

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e-Planets à Berlin pour l’EPSC 2024

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.

Ines is presenting the map of hydrated minerals

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!

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Arrivée de Maxime Pineau

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.

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Stages de printemps 2024 à e-Planets

La saison des stages commence, voici un petit aperçu des stages encadrés dans l’équipe pour ce printemps 2024:

Géomorphologie et cartographie de dépôts stratifiés sur Mars (A. Dashdamirov, M1)

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 de données SuperCam (V. Tricaud, M1)

Réseaux de vallées d’Arabia Terra (J. Bredon, M1)

Export de données au format STAC (I. Ilahou-Mangwuka, IUT S2A)

Etude et mise en place de collections STAC basées sur les données MarsSI, création et analyse de cartes de paramètres spectraux.

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La carte géologique d’Oxia Planum est publiée!

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.

Vue synthétique d’Oxia Planum à partir des données d’imagerie satéllite (CTX, HRSC)

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.

Données d’élévation issues de CTX et HiRISE fournies par le groupe e-Planets dans le système de cartographie MMGIS de l’ESA pour la mission ExoMars.

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).

Carte des unités géologiques du site atterrissage ExoMars, Fawdon et al 2024

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!

Liens

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Arrivée d’Ines Torres dans l’équipe

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!

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    Soutenance de thèse : Valentin Bonnet Gibet

    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 :

    • BARATOUX David, Rapporteur, Directeur de recherche, IRD – Université Félix Houphouët-Boigny
    • CHOBLET Gaël, Rapporteur, Directeur de recherche, LPG – Nantes Université
    • SAUTTER Violaine, Examinatrice, Directrice de recherche, MNHN – Sorbonne Université
    • LABROSSE Stéphane, Examinateur Professeur des universités, LGLTPE – ENS de Lyon
    • WIECZOREK Mark, Invité, Directeur de recherche, IPGP – Université Paris Cité
    • MICHAUT Chloé, Directrice de thèse Professeure des universités LGLTPE – ENS de Lyon

    Le traditionnel pot de thèse aura lieu dans la salle conviviale du laboratoire (bâtiment M8, 2e étage).