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François Andrieu

Dr ANDRIEU François

Géosciences Paris Sud (GEOPS)

Bâtiment 504, Rue du Belvédère

Campus Universitaire d’Orsay

91405 Orsay Cedex, FRANCE

mail : francois.andrieu@u-psud.fr


Thématiques de recherche

- Spectroscopie des surfaces
- Transfert radiatif dans les glaces
- Méthodes d’inversion de données de télédétection spatiale
- Cycle du CO2 sur Mars
- Processus saisonniers à la surface de Mars

Mots clés

Mars, Transfert Radiatif, Télédétection, Glace de CO2, Glace d’eau, Inversion massive, Hyperspectral


Thèse

Titre : Caractérisation des surfaces glacées de Mars par imagerie hyperspectrale : inversion du transfert radiatif

Thèse soutenue le vendredi 11 décembre 2015

Composition du jury :

  • M. Emmanuel Lellouch, Astronome, Observatoire de Paris LESIA/CNRS, Rapporteur
  • Mme Cécile Ferrari, Professeure, Université Paris Diderot-Paris 7, Rapporteur
  • M. Yves Langevin, Directeur de recherche, CNRS, Examinateur
  • M. Xavier Briottet, Professeur, ONERA-DOTA/ISAE, Examinateur
  • M. Éric Chassefière, Directeur de recherche, CNRS, Examinateur
  • M. Karri Muinonen, Professeur, University of Helsinky, Examinateur
  • M. Frédéric Schmidt, Maître de conférences, Université Paris-Sud, Directeur de thèse
  • M. Bernard Schmitt, Directeur de recherche, CNRS, Invité
  • M. Sylvain Douté, Chargé de recherche, CNRS, Invité

Résumé : La planète Mars est le siège d’un climat complexe, caractérisé par des cycles du dioxyde de carbone et de l’eau, ainsi qu’un transport de poussière à toutes les échelles. Ces cycles se manifestent par la condensation saisonnière aux pôles de dépôts de glace de CO2 et d’eau pendant la nuit polaire, et leur sublimation pendant le printemps local. Les cycles du CO2, de l’eau et des poussières sur Mars sont intimement liés. Un processus saisonnier actif illustre bien ces liens : les jets de gaz froid, déclenchés par la sublimation saisonnière des dépôts de CO2, pouvant mettre en suspension des poussières du régolite de manière durable dans l’atmosphère, et dont l’activité semble être modulée par les échanges d’eau à la surface. L’objectif de cette thèse est de permettre l’utilisation des données d’imagerie hyperspectrale disponibles au maximum de leur potentiel, pour apporter de nouvelles contraintes sur les échanges saisonniers entre surface et atmosphère et sur les interactions entre les différents cycles (CO2, eau, poussières), en se focalisant sur les jets de gaz froid. Pour cela, un modèle semi-analytique de transfert radiatif dans les glaces compactes, ainsi qu’une méthode efficace d’inversion ont été développés et validés. Le modèle de transfert radiatif permet de décrire l’interaction de la lumière avec une couche de glace de manière quantitative d’après les paramètres suivants : épaisseur de la couche, proportions volumiques et tailles des impuretés, rugosité de la surface. Il repose sur plusieurs hypothèses majeures : optique géométrique, milieux continus par morceaux, inclusions quasi-sphériques. L’approximation des deux flux est utilisée pour le transfert au sein de la couche mais la réflexion spéculaire en surface est estimée en tenant compte de la variabilité des facettes de la rugosité surfacique. Ce modèle a été validé numériquement et sur des données de laboratoire et des tests numériques. La méthode d’inversion consiste à créer des bases de données synthétiques d’après le modèle de transfert radiatif pour déterminer les jeux de paramètres les plus probables pour reproduire une mesure donnée. L’inversion repose sur le formalisme bayésien : les grandeurs manipulées sont décrites par des densités de probabilités. Ceci permet la prise en compte de manière réaliste des incertitudes sur la donnée et le calcul d’une incertitude a posteriori sur le résultat de l’inversion. Une étude ciblée d’un site d’intérêt a été menée pour tester et démontrer l’applicabilité de cette démarche à l’inversion massive de données de spectro-imagerie. Nous avons déterminé l’état de surface du champ de dunes du cratère de Richardson (72°S, 180°W), choisi car il présente de fortes interactions entre cycle de l’eau et du CO2, une important activité saisonnière de jets froids mais aussi une grande quantité de données disponible et une haute qualité du suivi temporel. Le suivi des caractéristiques de surface sur ce site montre une diminution de l’épaisseur de la couche de glace pendant le printemps cohérente avec les estimations des modèles de climat. Nous avons pu estimer et faire le suivi du contenu en eau et en poussière pour discuter le scénario de formation des jets froids. Nous avons proposé un nouveau mécanisme de mise en suspension des petits grains d’eau.


Projets en cours

Inversion du transfert radiatif sur des données de spectro-imagerie des calottes saisonnières de Mars

L’objectif est de réaliser un suivi spatio-temporel des propriétés des surfaces glacées, pour permettre de mieux contraindre les échanges entre surface et atmosphère, en lien avec les processus saisonnier actifs observés.

Modélisation expérimentale de processus de surface actifs martiens

Nous mettons en place une plateforme expérimentale permettant la condensation et la sublimation de glace de CO2 en conditions martiennes, afin de mieux comprendre les mécanismes gouvernant les processus saisonniers actifs à la surface de Mars.


Enseignements et responsabilités administratives

2013- : Représentant élu des doctorants au conseil de l’OSUPS (Observatoire des Sciences de l’Univers de Paris-Sud).

2013- : Je suis moniteur au sein de l’IUT d’Orsay, au département Mesures Physiques. J’enseigne en structure des matériaux (émission, absorption et diffraction des rayons X, cristallographie) et en propriétés des matériaux (contraintes, déformations, raideur, module de Young...)

2012-2013 : Cours de soutien pour les élèves en difficulté du Collège Rosa Parks de Gentilly, situé en ZEP/REP (zones d’éducation prioritaire/réseau d’éducation prioritaire), tutorat bénévole pour des élèves de quatrième.


Formation

2012- : Doctorant en sciences de l’Univers au laboratoire GEOPS, avec pour sujet de thèse : Caractérisation des surfaces glacées de Mars par télédétection hyperspectrale : inversion de transfert radiatif

2012 : Master Océan, Atmosphère, Climat et Observations Spatiales, spécialité Méthodes Physiques en Télédétection, obtenu avec mention (UPMC)

2010 : Licence Physique et Application, obtenu avec mention (UPMC)

2009-2011 : Parcours PhyTEM, Physique, Théorie, Expérience, Modèle (UPMC-ENS Cachan, L3 + M1)

2009-2013 : Élève normalien à l’École Normale Supérieure de Cachan (au département de physique)


Publications

Articles dans des revues à comité de lecture :

- Andrieu, F., Douté, S., Schmidt, F., Schmitt, B. (2015). Radiative transfer model for contaminated rough slabs, Applied Optics, OSA, 54, 9228-9241.

- Andrieu, F., Schmidt, F., Schmitt, B., Douté, S., Brissaud, O. (2015). Radiative transfer model for contaminated rough slabs : experimental validations, The Cryosphere Discussions, 9, 5137-5169, in revisions.

Communications lors de congrès internationaux :

- Andrieu, F. ; Nachon, M. ; Schmidt, F. ; Gargani, J. & Douté, S. (2012) CO2 ice state at the Martien dark spots, European Planetary Science Congress 2012, 1, 892 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. & Douté, S. (2013) Radiative transfer inversion for hyperspectral data set on Mars. European Planetary Science Congress 2013, held 8-13 September in London, UK., 8, 147 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. & Douté, S. (2013) CO2 ice state during active Dark Spot, European Planetary Science Congress 2013, held 8-13 September in London, UK., 8, 149 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. & Douté, S. (2014) CO2 Ice Composition and Evolution on Mars : A Radiative Transfer Inversion, Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, Texas, 45, 1148 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. & Douté, S. (2014) Spectroscopic evidence for translucent CO2 ice in Richardson crater, European Planetary Science Congress 2014, 9, 537 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S. & Schmitt, B. (2015) CO2 Ice state on Mars, EGU General Assembly, 2015, 17, 10188 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S., Schmitt, B. & Brissaud, O. (2015) Radiative transfer model for Solar System ices, European Planetary Science Congress 2014, Nantes, 10, 91 oral

Communications lors de colloques internationaux :

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Chassefière, E. (2013) Spectrocopic study of Martian ices, OMEGA meeting, Venice, june 10-12 2013 oral

- Andrieu, F. (2013) Active CO2 jets and spiders on Mars, Workshop Mars IV, Les Houches, France, 20-25 October 2013 poster

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S., (2013) CO2 ice characterization on Mars : a radiative transfer inversion, Workshop I2-MARS, Grenoble oral

- Andrieu, F. ; Douté, S. ; Schmidt, F. (2014) Radiative transfer model for contaminated slabs, Planetary cryosphere workshop, Nantes oral

Communications lors de conférences nationales :

- Andrieu, F. ; Chassefière, E. & Schmidt, F. (2013) Étude spectroscopique d’écoulements martiens. Atelier du pôle système solaire de l’IPSL, 17-18 avril 2013 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S. (2014) Caractérisation de la glace de CO2 sur Mars par télédétection hyperspectrale, colloque SFPT-GH, Porquerolles, mai 2014 oral

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S. (2014) Caractérisation de la glace de CO2 sur Mars par télédétection hyperspectrale, colloque du PNP, Paris, octobre 2014 poster

- Andrieu, F. ; Schmidt, F. ; Doute, S., Schmitt, B. (2015) Radiative transfer model for Solar System ices, Rencontres des jeunes physiciens, Paris poster

- Andrieu, F. ; Schmidt, F., Inversion bayesienne avec des tables de données (2015), colloque Image’In, Orsay, novembre 2015 oral

- Andrieu, F. ; Doute, S. ; Schmidt, F. ; Simulation du transfert radiatif pour des couches compactes (2015), colloque Image’In, Orsay, novembre 2015 oral





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