Sondage du sous-sol de la planète Mars par le radar à pénétration de sol EISS
(Doctorat 2007-2010 LATMOS)

       

 Étude et modélisation des performances du radar bistatique EISS conçu et développé pour le sondage profond des sous-sols planétaires
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 Study and modeling of the performances of the bistatic Radar EISS designed and developped for planetary subsurface deep sounding


Composition du jury :
        G. CAUDAL Professeur de l'Univ. de Versailles UVSQ - LATMOS : Président
        M. SYLVAIN Professeur de l'Univ. de Marne-la-Vallée - ESYCOM : Rapporteur
        J. SAILLARD Professeur de l'Univ. de Nantes - IREENA : Rapporteur
        R. DE OLIVEIRA Maitre de conférence de l'Univ. de Versailles UVSQ - LISV : Examinateur
        Y. BARBIN Ingénieur de recherche CNRS - LSEET Toulon : Examinateur
        V. CIARLETTI Professeur de l'Univ. de Versailles UVSQ - LATMOS : Directeur de thèse


        A ce jour, en dépit des missions passées et présentes vers Mars (notamment MarsExpress et MRO), peu d’informations sont disponibles sur la structure et la composition du sous-sol de la planète, en dehors de ses calottes polaires et de sa couche très superficielle. La recherche d’éventuels réservoirs hydriques, qui pourraient avoir subsisté à des profondeurs kilométriques reste d’actualité. Le sondage électromagnétique du sous-sol, méthode de prospection non destructive, apparaît comme une des solutions les plus prometteuses. Un des objectifs scientifiques de la future mission martienne ExoMars (ESA) est l’exploration du sous-sol à partir de la surface. Dans ce contexte, le LATMOS a conçu et réalisé une version de radar à pénétration de sol baptisé EISS « Electromagnetic Investigation of the SubSurface », permettant le sondage profond du sous-sol de Mars.

        L'instrument EISS est un GPR (Ground Penetrating Radar) impulsionnel opérant à des fréquences basses de la gamme HF autour de 2MHz et 4MHz, ce qui permet d’envisager des profondeurs de pénétration kilométriques dans le sous-sol de la planète. Le concept innovant de EISS repose sur sa capacité à tirer parti de la présence de deux stations voisines à la surface de la planète pour fonctionner en mode bistatique et améliorer en quantité et qualité les informations recueillies sur le sous-sol.




        Les résultats présentés dans ce document sur les performances du radar reposent essentiellement sur des simulations numériques (FDTD) qui modélisent de façon précise le fonctionnement des antennes du radar et la propagation dans le sous-sol, et permettent d’évaluer les performances attendues en fonction du type d’environnement considéré. Les résultats sont validés, lorsque cela a été possible, par comparaison avec des modèles analytiques plus simples et avec des mesures expérimentales.

        Nous présentons ainsi des résultats d’études menées sur la conception et l'optimisation de l’antenne électrique de EISS qui est constituée de deux monopoles chargés déployés à même le sol et sur l’impact de l’angle entre ces deux monopoles sur les performances de l’instrument. Le couplage entre l’antenne électrique et le sol a été analysé afin d'estimer la permittivité du sous-sol proche. Accéder aux caractéristiques électriques du sol, sans retour d'échantillons, ni analyse in situ est relativement rare dans les missions spatiales et relève d'un grand intérêt pour l'interprétation des mesures radar. Différentes techniques d’interprétation des données en termes de détection, localisation en trois dimensions et caractérisation des strates du sous-sol sont proposées et évaluées à partir de données simulées.

Mots-clés :
Télédétection, Géoradar, GPR, Mars, FDTD, Sondage du sous-sol, Bistatique, Onde réfléchie, Couplage antennes-sol, Optimisation d'antennes, Imagerie 3D, strates géologiques.


LATMOS "Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales" (CNRS – UMR 8190)
(ex CETP "Centre d’étude des Environnements Terrestre et Planétaires")

LATMOS-IPSL OVSQ Observatoire de Versailles/Saint-Quentin-en-Yvelines
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