Implementation of the interpretation tools for the data acquired by the radar WISDOM of the ExoMars mission Rover, on Martian analogues and on Mars
Mise en œuvre des outils d'interprétation des données WISDOM, le radar du Rover de la mission ExoMars, sur des analogues martiens et sur Mars
Résumé
The Rosalind Franklin rover from the ExoMars mission (ESA/NASA) will explore the subsurface of Mars starting in 2030, searching for potential signs of past life that may have been preserved from the hostile surface conditions of the planet. In that purpose, the rover will be equipped with a drill that can extract samples from depths of up to 2 meters. To guide the selection of drilling sites, the Ground Penetrating Radar (GPR) WISDOM (Water Ice Subsurface Deposits Observation on Mars) will analyze the geological structure and composition of the shallow Martian subsurface. In this context, this thesis aims to validate and enhance the data processing chain for WISDOM, while also developing new interpretation tools. These tools have been tested on data collected from environments with varied morphologies, which are relatively similar to those expected on Mars. A field test campaign in Svalbard (Arctic Norway) was prepared and conducted during this thesis. The results of this campaign notably inspired the development of 3D simulation tools, which are sometimes crucial to remove ambiguities inherent to GPR data interpretation.Additionally, a method was developed and validated for determining the typical size of heterogeneities or scatterers in heterogeneous media, using both simulations and experimental data. This method is based on spectral analysis of scattered signals in radar data and can be applied to any wideband GPR systems. The need for such a tool arose from the observation that GPR data collected in natural environments, particularly on the Moon and Mars, often show only scattered signals. This manuscript presents the first application of this method to data collected on Mars.
Le rover Rosalind-Franklin de la mission ExoMars (ESA / NASA) explorera le sous-sol de Mars à partir de 2030 à la recherche d'éventuelles traces de vie passée protégées des conditions hostiles de surface. Dans cette optique, il emportera à son bord une foreuse qui prélèvera des échantillons jusqu'à 2 m de profondeur. Pour guider la sélection des sites de forage, le radar à pénétration de sol (Ground Penetrating Radar, GPR) WISDOM (Water Ice Subsurface Deposits Observation on Mars) caractérisera la structure géologique et la composition des premiers mètres de la sous-surface. Dans ce contexte, cette thèse s'attache à valider et améliorer la chaîne de traitement des données de WISDOM, ainsi qu'à développer de nouveaux outils d'interprétation. Ces outils ont été testés sur des mesures collectées dans des environnements aux morphologies variées et relativement analogues à celles que l'on peut trouver sur Mars. Une campagne de tests au Svalbard (Norvège arctique) a notamment été préparée et conduite pendant cette thèse. Les résultats de cette campagne ont, en particulier, inspiré le développement d'outils de simulation 3D parfois indispensables pour lever les ambiguïtés inhérentes à l'interprétation des observations GPR.Par ailleurs, une méthode de détermination de la taille typique des hétérogénéités ou des diffuseurs dans les milieux hétérogènes a été développée et validée par simulations puis sur des données expérimentales. Cette méthode s'appuie sur l'analyse spectrale des signaux diffusés dans les données des radars et peut s'appliquer à tous les GPR large bande. La nécessité d'un tel outil a émergée du constat que les données GPR acquises dans des environnements naturels et notamment sur la Lune et sur Mars présentent souvent uniquement des signaux diffusés. Ce manuscrit propose la première application de cette méthode à des donnés collectée sur Mars.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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