Introduction

Il existe aujourd’hui trois types de données altimétriques sur Mars.

1. La sonde américaine Mars Global Surveyor (MGS), lancée en 1996, est équipée d’un laser altimètre MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter). Le temps d’aller-retour d’un laser entre la sonde

et la surface permet de remonter à l’altitude après avoir corrigé les effets atmosphériques et les variations de gravité modifiant l’orbite du satellite. L’acquisition se fait donc le long des orbites du satellite avec une mesure tous les 300 mètres environ. Les données existent sous deux formes : (1) les points de mesure PEDR11 _{(Precision Experiment Data Records ) et (2) une grille interpôlée à} 463 m/pixel depuis ces points de mesures MEGDR12 _{(Mission Experiment Gridded Data Records)} [Zuber et al., 1992]. Il est donc possible d’apprécier la densité des points de mesure dans une région donnée (Figure4.8). Si la qualité de l’acquistion n’est pas à mettre en doute, la densité de ces points est faible, en particulier à l’équateur, région où se trouve la majorité des grands glissements de terrain sur Mars. MOLA étant hors service, d’autres méthodes ont été envisagées depuis.

2. La caméra HRSC, est en mesure de fournir des grilles topographiques par stéréoscopie. Cer- tains MNT extraits depuis HRSC sont disponibles avec une résolution spatiale de 125 m/pixel (Fi- gure 4.8). Cependant, la carte d’appariement n’est pas fournie, il est donc difficile d’utiliser ces données pour des analyses quantitatives d’autant qu’elles présentent parfois des artefacts liés au procédé d’extraction (non connu).

3. Depuis févier 2010, quelques MNT extraits à partir des images HiRISE sont disponibles en ligne. Le même problème que pour HRSC se pose concernant les cartes d’appariement. Nous verrons cependant que ces MNT sont néanmoins de bonne qualité.

De plus, il est possible de faire de la stéréoscopie avec l’ensemble des données images dispo- nibles (Themis, MOC et même Viking). Cependant, le besoin de topographie à haute résolution (en particulier pour la modélisation de petits écoulements granulaires comme les ravines) a justifié un travail d’extraction topographique à partir des données HiRISE. Cette extraction est un procédé

11_{Les données sont disponibles à l’adresse : http ://pds-geosciences.wustl.edu/missions/mgs/pedr.html}

complexe qui demande une station de travail équipée d’écran à opturation et du logiciel commercial SOCET SET. Une seule machine en Europe est disponible depuis septembre 2009 à UCL, Londres. Grâce à J.-P. Muller et P. Grindrod qui ont permis l’accès à cette station, deux MNT HiRISE ont pu être réalisés pour ce travail de thèse.

Traditionnellement, sur Terre, l’extraction topographique par stéréoscopie (ETS) s’effectue à l’aide de capteurs spécifiquement conçus à cet effet (SPOT, ASTER pour ne citer que les plus connus). Dans le cas martien, en dehors d’HRSC, les caméras ne sont pas des capteurs proprement dits "stéréoscopiques". En effet, il n’y a qu’une seule prise de vue à un instant donné. Ce sont les passages successifs sur la même cible qui permettent alors d’obtenir des images prises à différents angles d’émission (Figure4.9). Cela n’est pas sans poser plusieurs problèmes, parmis lesquels : (1) la géométrie du couple d’images par rapport à la surface n’étant pas idéale doit être recalculée (elle est fixe dans le cas d’un vrai capteur stéréoscopique) ; (2) l’éclairage peut avoir beaucoup changé d’une image à l’autre car le temps qui sépare les prises de vue est aléatoire et peux atteindre plusieurs mois martiens. Aussi, l’état de surface peut éventuellement avoir évolué. L’atmosphère, certes ténue, de la planète permet néanmoins des déplacements de masses d’air entraînant alors la poussière dépo- sée à la surface. Ces difficultés rendent donc l’extraction topographique très délicate. Nous avions envisagé au préalable plusieurs techniques comme la stéréophotométrie ou encore la photoclinomé- trie en particulier dans le cadre d’une collaboration avec Jean-Denis Durou du CMLA et de l’IRIT. Si le problème posé a suscité des études en mathématiques appliquées pour régler ces problèmes, les résultats actuels ne nous permettent aucune application. Cependant, ces résultats préliminaires constituent un axe de recherche prometteur et sont discutés à la fin de cette section.

Cependant, la résolution spatiale de ces images (0,25 m/pixel) permet non seulement une analyse géomorphologique très détaillée, mais également la réalisation de modèles numériques de terrain à des résolutions spatiales de l’ordre du mètre, offrant ainsi des contraintes fortes pour la modélisation numérique.

Le procédé a été mis en place par le département d’astrogéologie de l’USGS et nécessite deux stations de travail dédiées : la première dotée de la distribution ISIS (une telle station a été installée spécifiquement dans le cadre de cette thèse à l’IPGP), la seconde plus particulière doit disposer d’un écran stéréoscopique à opturation (Fig.4.10). Une telle station n’est pas disponible en France ; c’est donc au Centre For Planetary Sciences de l’UCL à Londres que ces travaux ont été réalisés en septembre 2009.

image CTX MOLA PEDR MOLA MEGDR MNT HRSC

FIG. 4.8: Comparaison entre les MNT MOLA et HRSC pour la région couverte par l’image CTX. Les cou-

leurs pour les points d’acquisition PEDR correspondent au nombre de mesures effectuées au pixel donné (bleu : 1 mesure, Cyan : 2 mesures, vert : 3 mesures et rouge : 4 mesures). MEGDR est la grille interpôllée à 128 pixels/degré depuis les points de mesure PEDR. Le MNT HRSC est également interpôlé, mais carte de disparité entre les deux images n’est pas donnée. L’échelle de couleur pour MOLA MEGDR et HRSC est la même.

FIG. 4.9: Géométrie d’un modèle stéréoscopique. Chaque point P à la surface est représenté dans les deux

images par des points correspondants P′_{et P ”.}

FIG. 4.10: Stations de travail au RPIF du Centre For Planetary Sciences de l’UCL à Londres. (a) Station de

pré-traitement des données sous ISIS-3. (b) Station stéréoscopique Planar. (c) Station stéréoscopique Stereo- graphics. Ce dernier modèle devrait être remplacé par le Planar qui offre une surface d’écran plus importante.

La reconstruction topographique par stéréoscopie à partir des images HiRISE s’effectue en six étapes majeures. Seuls les points importants sont décrits ici.