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Sujets de stage de Licence, Master 1ère/2ème année et Doctorat


Sujet pour 2016-2017

- Étude des deltas récents sur Mars



- Étude des deltas récents sur Mars

Encadrants : Anthony Lagain et Sylvain Bouley

La surface de la planète Mars a connu au cours de son histoire de nombreuses modifications dont les facteurs principaux sont notamment la cratérisation et la présence d’eau, quel que soit son état. Compte tenu des conditions actuelles de température et de pression à la surface de Mars, l’eau ne peut exister que sous forme solide ou gazeuse. De nombreuses études estiment qu’une grande partie de l’atmosphère de la planète rouge fut perdue il y a plus de 3 Ga empêchant l’existence pérenne de l’eau liquide à sa surface. Cependant, une étude récente (Hauber, H. et al. 2013) a montré que des deltas de l’hémisphère nord de Mars s’était formé il y a moins de 600 Ma, impliquant alors la présence d’eau liquide très récemment dans l’histoire de la planète.

L’âge des surfaces planétaires dépendant du modèle de chronologie utilisé, une étude en préparation démontre qu’une augmentation drastique du flux de cratérisation a eu lieu récemment sur Mars modifiant ainsi tous les âges des unités géologiques mesurés jusqu’alors. L’objectif de ce stage est de dater la formation de ces deltas au moyen d’outils SIG en utilisant différents modèles de chronologie martiens et en particulier celui prenant en compte l’augmentation récente du flux d’impact dans le Système Solaire interne. Ces âges devraient permettre de mieux comprendre l’origine de la formation de ces deltas et l’histoire récente de l’eau sur Mars.

Profil souhaité : étudiant en M1 StePe ou L3 STU contact : anthony.lagain@u-psud.fr


Sujet pour 2015-2016

- Identification et étude de la population de cratères secondaires issue du cratère à éjecta lobés martien Steinheim, implications pour la datation des surfaces planétaires
- Etude des lois d’échelles de la topographie des Planètes
- Etude expérimentale de la sublimation du CO2. Analyse des processus actifs sur Mars
- Cryovolcanisme sur Europe



- Identification et étude de la population de cratères secondaires issue du cratère à éjecta lobés martien Steinheim, implications pour la datation des surfaces planétaires

Encadrants : Anthony Lagain et Sylvain Bouley

Lors d’un impact et en présence de matériaux volatiles sous la surface de Mars, les éjecta sont fluidisés et se déposent autour du cratère en formant des lobes. Le cratère Steinheim est un cratère à double nappe d’éjecta lobés situé sur Arcadia Planitia, Mars, à 54° de latitude nord. S’étant formé très récemment, sa morphologie est très bien préservé et de nombreux cratères d’impacts secondaires sont encore visibles à la périphérie de ses éjecta. Ce cratère constitue donc un objet d’étude particulièrement prometteur dans l’étude de la formation des impacts secondaires et de la dynamique des éjecta lobés.

PDF - 5.6 Mo
sujet de stage M1

À l’aide de modèles numériques de terrain et d’outils SIG, l’étudiant réalisera une cartographie complète du cratère Steinheim ainsi qu’un comptage des cratères présents sur et autour des nappes d’éjecta. Il étudiera la distribution spatiale et en taille de ces cratères afin de préciser l’implication des cratères secondaires dans la datation de la mise en place des cratères à éjecta lobés. Une comparaison avec les travaux déjà effectués sur Acidalia Planitia sera demandée.

Profil souhaité : étudiant en M1 STU


- Etude des lois d’échelles de la topographie des Planètes

Depuis une petite dizaine d’année les données altimétriques par mesure lidar embarquée sur des sondes spatiales en orbite ont permis de connaître la topographie des corps du système solaire à l’échelle globale, comme par exemple les instruments MOLA pour Mars (Aharonson et al., 2001), LOLA pour la Lune (Rosenburg et al., 2011) et MLA pour Mercure (Zuber et al., 2012). Ces jeux de données sont disponibles publiquement et permettent des interprétations géologiques. Jusqu’à présent, la rugosité à différente échelle a été l’observable majeure utilisée pour réaliser ces interprétations (Kreslavsky et al., 1999). L’objectif de ce stage est d’utiliser des nouveaux outils de description de la topographie pour l’analyse quantitative et comparative de la topographie des corps. Le but de cette analyse est de déchiffrer le signal topographique afin d’établir les différents processus qui le gouvernent (cratérisation, tectonique, érosion, …).

Profil souhaité : Etudiant en Physique/Géosciences/Traitement du signal en L3 ou M1, stage ingénieur

Encadrants : François Landais, Frédéric Schmidt

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS, Université Paris Sud


- Etude expérimentale de la sublimation du CO2. Analyse des processus actifs sur Mars

Les spiders ont été découverts très récemment d’après les images MOC (Malin, 1998). Il s’agit de structures dendritiques, présentes sur la surface sud de Mars, souvent associées à des formes allongées. L’étude de Piqueux a montré le lien entre les spiders et la zone de la calotte saisonnière appelée « région cryptique » (Piqueux, 2003). Cette région particulière, mise à jour par Kieffer et al, 2000 est recouverte de glace de CO2 mais comporte un albédo anormalement bas. Une étude du bilan radiatif, montre que la récession est plus rapide dans cette région, part conséquent, le flux de CO2 n’est pas homogène et peu induire des modifications climatiques notables (Schmidt, 2009a). Kieffer a proposé un processus de jets de gaz froid pour expliquer ces structures (Kieffer, 2006). Il s’agit de la sublimation par le dessous d’une couche de CO2 translucide sous l’effet des rayons du soleil. Le gaz ainsi mis en pression est éjecté vers le haut, dès que le seuil de rupture mécanique de la glace est atteint. Ces jets de gaz froid entraînent avec eux de la poussière qui se dépose en surface pour créer ces formes allongées. Les structures dendritiques seraient des traces dans le relief de la zone de sublimation du CO2. Aujourd’hui, bien que le processus ne semble pas remis en question, de nombreux points restent indéterminés… Au cours de ce stage, l’étudiant sera amené à réaliser plusieurs expériences de laboratoire pour comprendre ces phénomènes.

Profil souhaité : Etudiant niveau L2, L3 ou M1 en Géologie/Physique/Chimie/Mécanique ayant un goût pour les TP expérimentaux de laboratoire.

Encadrants : François Andrieu, Frédéric Schmidt

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS, Université Paris Sud


- Cryovolcanisme sur Europe

Europe est un satellite de Jupiter entièrement recouverte de glace d’eau, très active d’un point de vue géologique puisque sa surface a un âge estimé à 60 Ma (Schenk et al., 2004). Il existe de nombreux processus de resurfaçage, comme la tectonique (Nimmo et al., 2002), la fonte (Schmidt et al., 2011) ou la subduction (Kattenhorn et al., 2014). Ces processus peuvent être à l’origine de cryovolcans en surface (Fagents, 2003) mais la mise en place des cryolaves est une question très mal comprise actuellement.

Ce stage consistera en une modélisation thermo-mécanique des processus de surface des satellites de glaces.


Sujet pour 2014-2015

- Traitement de données spectrales de PFS/Mars Express
- Les geysers et spiders sur Mars
- Estimation du volume des laves martiennes
- Cryovolcanisme sur Europe
- De l’océan de magma à la tectonique des plaques : modèles géodynamiques en interaction avec l’atmosphère
- Etude morphologique et temporelle d’un cratère à éjecta lobé martien



- Traitement de données spectrales de PFS/Mars Express L’instrument Planetary Fourier Spectrometer (PFS) à bord de Mars Express (ESA) a permis la détection de nouvelles espèces chimiques dans l’atmosphère de Mars comme le méthane (Formisano et al., Science 2004) dont l’origine est très débattue aujourd’hui (Lefèvre et al., Nature 2009). PFS est un spectromètre à transformée de Fourier qui enregistre l’énergie solaire réfléchi et l’émission thermique de la Planète Rouge sur des milliers de longueurs d’onde. Cependant, les vibrations internes du satellite induisent des réplications du spectre, limitant l’exploitation des mesures individuelles. L’objet de ce stage est la correction de cet effet par des méthodes de déconvolution en aveugle et l’exploitation des données corrigées. GEOPS et le L2S ont validé sur données réelles et synthétiques une méthode de déconvolution classique mais cette méthode souffre de nombreuses limitations à la fois méthodologiques (nécessité de connaissances a priori, problème de convergence) et d’implémentation (temps de calcul très long). L’étudiant adaptera cette méthode pour traiter et analyser les données réelles fournies par le Département de Mécanique de l’Ecole Polytechnique de Milan et l’Agence Spatiale Italienne de Rome. Afin de traiter le gros volume de données (un milliard de spectre), l’étudiant implémentera une version sur une architecture de calcul de type GPU.

PDF - 480.5 ko
PDF - 2 Mo

Profil souhaité : Etudiant en traitement du signal en M2, stage ingénieur, étudiant en Géophysique/Planétologie/Astrophysique ayant une bonne connaissance en statistique

Encadrants : Frédéric Schmidt, Matthieu Kowalski

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS, Laboratoire L2S, Université Paris Sud/SUPELEC/CNRS

Indemnités de stage

Possibilités de poursuite en thèse : financement assuré par l’Université Paris Saclay (2015-2018).


- Les geysers et spiders sur Mars

Les spiders ont été découverts très récemment d’après les images MOC (Malin, 1998). Il s’agit de structures dendritiques, présentes sur la surface sud de Mars, souvent associées à des formes allongées. L’étude de Piqueux a montré le lien entre les spiders et la zone de la calotte saisonnière appelée « région cryptique » (Piqueux, 2003). Cette région particulière, mise à jour par Kieffer et al, 2000 est recouverte de glace de CO2 mais comporte un albédo anormalement bas. Une étude du bilan radiatif, montre que la récession est plus rapide dans cette région, part conséquent, le flux de CO2 n’est pas homogène et peu induire des modifications climatiques notables (Schmidt, 2009a). Kieffer a proposé un processus de jets de gaz froid pour expliquer ces structures (Kieffer, 2006). Il s’agit de la sublimation par le dessous d’une couche de CO2 translucide sous l’effet des rayons du soleil. Le gaz ainsi mis en pression est éjecté vers le haut, dès que le seuil de rupture mécanique de la glace est atteint. Ces jets de gaz froid entraînent avec eux de la poussière qui se dépose en surface pour créer ces formes allongées. Les structures dendritiques seraient des traces dans le relief de la zone de sublimation du CO2. Aujourd’hui, bien que le processus ne semble pas remis en question, de nombreux points restent indéterminés… Au cours de ce stage, l’étudiant sera amené à effectuer des analyses morphologiques des spiders afin de caractériser leurs activités.

PDF - 266.5 ko

Profil souhaité : Etudiant en Géologie ayant une bonne connaissance en photo-interprétation

Encadrants : Frédéric Schmidt

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS, Université Paris Sud


- Estimation du volume des laves martiennes

Au cours de son histoire la planète Mars a connu une activité magmatique importante. Cette activité, concentrée ponctuellement par l’absence de tectonique des plaques, a conduit à la mise en place des plus gros volcans du système solaire, certains de plusieurs centaines de kilomètres de large et presque 30 km de haut. Afin d’étudier l’histoire volcanique de Mars, il est nécessaire de quantifier le volume de lave extrudé et dater les différents épisodes volcaniques (Greeley, Science 1987 ; Craddock et al., Icarus 2009). Par ailleurs, l’estimation du volume des laves extrudées sur Mars est importante car elle permet d’estimer un volume de fluide relâché dans l’atmosphère (eau mais aussi gaz de CO2 et SO2). L’objectif de ce stage est d’utiliser les mesures les plus récentes de topographie afin d’estimer plus précisément le volume de magma érupté et son incertitude, et de caractériser l’état de surface de ces volcans. D’autre part, il s’agira de comparer la géométrie des édifices martiens et de leurs analogues terrestres afin de déterminer les spécificités géologiques de leur construction et de leur évolution.

PDF - 858.1 ko

Profil souhaité : Etudiant en Géologie ayant une bonne connaissance en Photo-interprétation, Télédétection, Géologie, Volcanologie, SIG

Encadrants : Frédéric Schmidt et Pierre Lahitte

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS, Université Paris Sud


- Cryovolcanisme sur Europe

Europe est un satellite de Jupiter entièrement recouverte de glace d’eau, très active d’un point de vue géologique puisque sa surface a un âge estimé à 60 Ma (Schenk et al., 2004). Il existe de nombreux processus de resurfaçage, comme la tectonique (Nimmo et al., 2002), la fonte (Schmidt et al., 2011) ou la subduction (Kattenhorn et al., 2014). Ces processus peuvent être à l’origine de cryovolcans en surface (Fagents, 2003) mais la mise en place des cryolaves est une question très mal comprise actuellement.

Ce stage consistera en en étude bibliographique de la modélisation des processus de surface des satellites de glaces. Dans un second temps, une modélisation numérique de certains de ces processus devra être développée.

PDF - 642.3 ko


- De l’océan de magma à la tectonique des plaques : modèles géodynamiques en interaction avec l’atmosphère

L’évolution d’une planète est conditionnée par son histoire thermique, qui elle-même dépend des phénomènes de convection dans ses enveloppes solide et fluides, et du couplage entre celles-ci. Outre la séquence d’accrétion, ce sont la température et le contenu en volatils du système couplé océan de magma - atmosphère qui vont déterminer le refroidissement et la solidification de la planète primitive, et donner la condition initiale des différents régimes géodynamiques observés actuellement dans le système solaire : Tectonique des plaques, océans et vie sur Terre, volcanisme intense, resurfacing et atmosphère dense sur Venus, ou encore une planète Mars peu active et pratiquement sans atmosphère. Le choix du régime dynamique va dépendre de la rhéologie du manteau terrestre, qui est déterminée notamment par la température et le contenu en volatils. Ce projet concerne donc la modélisation du refroidissement et de la solidification des océans de magmas primitifs en interaction avec l’atmosphère. L’océan de magma sera couplé à un modèle de transfert radiatif développé récemment par E. Marcq (LATMOS). Le travail s’appuiera sur un code numérique déjà développé au laboratoire, qu’il faudra modifier pour prendre en compte l’influence de différents paramètres (e. g. : flux de chaleur à la limite noyau/manteau, flux de chaleur radiogénique, effet de la cristallisation et des volatils sur la rhéologie) sur l’évolution de l’océan de magma, la transition océan de magma - convection à l’état solide, et le premier milliard d’années du manteau solide. Il s’agira de déterminer les scénarios et conditions en température et volatils pouvant mener aux différents régimes de convection observés dans les planètes telluriques.

PDF - 64.6 ko

Profil souhaité : Mécanique, Physique, Géologie, Planétologie

Encadrants : Hélène Massol et Anne Davaille (FAST, davaille@fast.u-psud.fr), collaboration avec le LATMOS

Compétences requises : programmation , formation en géophysique et/ou mécanique des fluides

Lieu du stage : Laboratoire GEOPS et FAST, Université Paris Sud Rémunération : indemnités de stage

POURSUITE EN THESE : possible Ce stage peut-il donner lieu à un sujet de thèse ? oui


- Étude morphologique et temporelle d’un cratère à éjecta lobé martien

La surface de la planète Mars a connu au cours de son histoire de nombreuses modifications dont les facteurs principaux sont la cratérisation et la présence d’eau, quel que soit son état. Compte tenu des conditions actuelles de température et de pression à la surface de Mars, l’eau ne peut exister que sous forme solide ou gazeuse. De nombreuses études ont montré que le sous-sol de la planète est, dans une proportion non négligeable, composé de glace d’eau. De nombreux modelés glaciaires et périglaciaires présents à hautes latitudes (>35°) trahissent cette présence. Plusieurs milliers de cratères à éjecta lobés ont été détecté à la surface de Mars. La formation des lobes caractérisant ce type d’éjecta se forment notamment par la présence de volatils dans le sous-sol qui aurait pour effet de fluidifier les éjecta au moment de l’impact. Ceux-ci auraient alors un comportement dynamique proche des coulées de boue mais ce phénomène reste encore mal compris. À partir des données CTX à haute résolution (6m/pixel), les basses plaines de l’hémisphère nord de Mars peuvent être étudiées avec un degré de précision jusqu’alors inégalé. De nombreux cratères à éjecta lobés sont présents sur ces surfaces. En datant la formation d’un cratère de ce type et en caractérisant son état de dégradation grâce à une étude morphologique et morphométrique, il devrait être possible de reconstituer l’histoire géologique du cratère depuis sa formation jusqu’à aujourd’hui.

L’étude de ce type de cratères devrait mettre en lumière des zones d’ombre concernant la mise en place des éjecta, de l’influence du pergélisol sur la modification de la surface martienne et sur l’évolution des processus de dégradation.

Méthodologie : Etude essentiellement basée sur le traitement de données d’imagerie via ArcGIS

Profil souhaité : Etudiant en M1 ayant une bonne maitrise des outils SIG, des connaissances en géomorphologie, géologue.

Encadrant : Anthony Lagain Sylvain Bouley François Costard


Sujet pour 2013-2014

- De l’océan de magma à la tectonique des plaques : modèles géodynamiques en interaction avec l’atmosphère
- Etude comparative de la topographie des Planètes
- Traitement de données spectrales de Mars
- Caractérisation de la dynamique des vallées de débâcle sur Mars à partir de l’étude morphométrique des îles
- Etude de l’évolution de modelés périglaciaires en relation aux changements climatiques dans la région d’Acidalia Planitia (Mars)
- Datation des cratères à éjectas lobés des terrains de l’Hémisphère Nord martien et variation du flux d’impact



- De l’océan de magma à la tectonique des plaques : modèles géodynamiques en interaction avec l’atmosphère

L’évolution d’une planète est conditionnée par son histoire thermique, qui elle-même dépend des phénomènes de convection dans ses enveloppes solide et fluides, et du couplage entre celles-ci. Outre la séquence d’accrétion, ce sont la température et le contenu en volatils du système couplé océan de magma- atmosphère qui vont déterminer le refroidissement et la solidification de la planète primitive, et donner la condition initiale des différents régimes géodynamiques observés actuellement dans le système solaire : Tectonique des plaques, océans et vie sur Terre, volcanisme intense, resurfacing et atmosphère dense sur Venus, ou encore une planète Mars peu active et pratiquement sans atmosphère. Le choix du régime dynamique va dépendre de la rhéologie du manteau terrestre, qui est déterminée notamment par la température et le contenu en volatils. Ce projet concerne donc la modélisation du refroidissement et de la solidification des océans de magmas primitifs en interaction avec l’atmosphère. Dans un premier temps, l’océan de magma sera couplé à une atmosphere “grise” puis, selon l’avancement, à un modèle de transfert radiatif plus réaliste développé récemment par E. Marcq (LATMOS). Le travail s’appuiera sur un code numérique déjà développé au laboratoire, qu’il faudra modifier pour incorporer différents scénarios d’accrétion, de même que l’influence de la cristallisation sur la rhéologie et la convection dans l’océan de magma. Il s’agira de déterminer les scénarios et conditions en température et volatils pouvant mener au démarrage de la tectonique des plaques dans le manteau primitif.

Compétences requises : programmation , formation en géophysique et/ou mécanique des fluides

Conditions du stage :

Lieu : Univ. Paris-Sud, Faculté des sciences d’Orsay, Laboratoires IDES et FAST

Encadrants : Hélène Massol (IDES : helene.massol@u-psud.fr) et Anne Davaille (FAST, davaille@fast.u-psud.fr), collaboration avec le LATMOS

Rémunération : indemnités de stage

Poursuite en thèse à discuter.


- Etude comparative de la topographie des Planètes

Depuis une petite dizaine d’année les données altimétriques par mesure lidar embarquée sur des sondes spatiales en orbite ont permis de connaître la topographie des corps du système solaire à l’échelle globale, comme par exemple les instruments MOLA pour Mars (Aharonson et al., 2001), LOLA pour la Lune (Rosenburg et al., 2011) et MLA pour Mercure (Zuber et al., 2012). Ces jeux de données sont disponibles publiquement et permettent des interprétations géologiques. Jusqu’à présent, la rugosité à différente échelle a été l’observable majeure utilisée pour réaliser ces interprétations (Kreslavsky et al., 1999). L’objectif de ce stage est de développer des nouveaux outils de description de la topographie pour l’analyse quantitative et comparative de la topographie des corps. Le but de cette analyse est de déchiffrer le signal topographique afin d’établir les différents processus qui le gouvernent (cratérisation, tectonique, érosion, …).

PDF - 186.1 ko

Profil souhaité : Etudiant en traitement du signal en M1 ou M2, stage ingénieur, étudiant en Géophysique/Planétologie/Astrophysique ayant une bonne connaissance en statistique

Encadrants : Frédéric Schmidt

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Université Paris Sud

Indemnités de stage

Possibilités de poursuite en thèse.


- Traitement de données spectrales de Mars

Profil souhaité : Etudiant en traitement du signal en M1 ou M2, stage ingénieur, étudiant en Planétologie/Astrophysique ayant une bonne connaissance en traitement du signal

L’instrument Planetary Fourier Spectrometer (PFS) à bord de Mars Express (ESA) a permis la détection de nouvelles espèces chimiques dans l’atmosphère de Mars comme le méthane (Formisano et al., Science 2004) dont l’origine est très débattue aujourd’hui (Lefèvre et al., Nature 2009). PFS est un spectromètre à transformée de Fourier qui enregistre l’énergie solaire réfléchi et l’émission thermique de la Planète Rouge sur des milliers de longueurs d’onde. Cependant, les vibrations internes du satellite induisent des réplications du spectre, limitant l’exploitation des mesures individuelles. L’objet de ce stage est la correction de cet effet par des méthodes de déconvolution en aveugle et l’exploitation des données corrigées. Il s’agira dans un premier temps de tester et de valider la méthode de déconvolution sur des données réelles et synthétiques. Dans un second temps, l’étudiant devra implémenter cette méthode sur une architecture de calcul rapide (de type GPU, calculateur parallèle, …) pour traiter l’ensemble du jeu de données comportant près d’un milliard de spectre. Enfin, la dernière partie de ce state consistera en l’exploitation des données.

PDF - 480.5 ko

Encadrants : Frédéric Schmidt, Matthieu Kowalski

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Laboratoire L2S, Université Paris Sud / Supelec (Orsay)

Indemnités de stage

Possibilités de poursuite en thèse.


- Caractérisation de la dynamique des vallées de débâcle sur Mars à partir de l’étude morphométrique des îles

Profil souhaité : M2 ou M1, étudiant en Planétologie/Géophysique/Physique, Utilisation de SIG, Matlab, anglais.

Les vallées de débâcle (outflows) sur la planète Mars impliquent de grandes quantités d’eau et sont susceptibles de fournir des informations précieuses sur la dynamique de ces écoulements lors de leurs mises en place. Ces "outflows" martiens présentent des îles dont la morphologie se rapproche de la forme aérodynamique de la lemniscate. Des îles de morphologie similaire sont aussi observées dans certaines vallées de débâcle sur Terre, par exemple en contexte périglaciaire, sur la Lena (Sibérie). Le nombre des facteurs influençant la morphologie finale de l’île étant important, l’analyse du système est complexe.

L’objectif est de quantifier le rôle des paramètres caractérisant la morphologie de l’île soumise à l’érosion fluviale (débit liquide, granulométrie, degré de cohésion, teneur en glace, débit solide…). Il s’agira de déterminer des lois empiriques et de les interpréter grâce à l’étude des processus d’érosion qui contrôlent l’évolution de ces îles en contexte fluvial périglaciaire (Costard et al., 2007 ; Randriamazaoro et al., 2007 ; Dupeyrat et al., 2011).

La méthodologie comporte deux aspects :

1-Analyse morphométrique des îles dans les plaines d’inondations martiennes A partir des données altitudinales MOLA et de l’imagerie THEMIS.

2-Analyse morphométrique des îles érodées dans une expérience en chambre froide

PDF - 110.2 ko

Encadrants : François Costard, Laure Dupeyrat

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Université Paris Sud

Indemnités de stage

Possibilités de poursuite en thèse.


- Etude de l’évolution de modelés périglaciaires en relation aux changements climatiques dans la région d’Acidalia Planitia (Mars)

Les plaines nord de Mars présentent de nombreux modelés périglaciaires indiquant que le pergélisol comporte de la glace en profondeur qui se serait formé lors de plusieurs changements climatiques récents. Lors d’une étude précédente, nous avions montré que la région d’Utopia Planitia comporte un pergélisol composé de sédiments riches en glace formé lors d’une glaciation à la dichotomie de Mars. Par la suite, ce pergélisol a été intensément dégradé lors de périodes chaudes de Mars entre 5-10 Ma.

Le but de ce projet est d’étudier d’autres basins près de cette dichotomie afin de reconstituer l’histoire géologique et climatique récente des plaines nord de Mars. L’objectif portera sur la cartographie de certaines portions d’Acidalia Planitia puis l’analyse des modelés pour affiner la compréhension de l’évolution récente du pergélisol et des formations périglaciaires en relation avec des changements climatiques potentiels. On utilisera pour cela les données de topographie MOLA et d’imagerie à haute résolution (THEMIS, HRSC, HIRISE …) comparés à des études sur le terrain d’analogues périglaciaires en Sibérie centrale.

Ce projet rentre dans le cadre d’un nouveau programme européen (Projet ISSI) de cartographie des plaines nord de Mars auquel fait partie les encadrants.

PDF - 39.2 ko

Profil souhaité : Etudiant en géologie en M1 étant intéressé par les processus dans les régions froides sur Terre et les processus géologiques sur Mars.

Encadrants : Antoine Séjourné, François Costard

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Université Paris Sud

Indemnités de stage

Possibilités de poursuite en thèse à discuter


- Datation des cratères à éjectas lobés des terrains de l’Hémisphère Nord martien et variation du flux d’impact

Les plaines de l’hémisphère nord martien présentent de nombreux cratères à éjecta lobés d’un diamètre de quelques centaines de mètres à quelques dizaines de kilomètres. Pour les cratères de plus de 5 km de diamètre, les surfaces des éjectas sont suffisamment grandes pour pouvoir les dater à l’aide des méthodes de datation par comptage de cratère.

L’objectif de ce projet est ainsi de dater la formation des cratères à éjecta lobé situés sur des terrains d’âge plus ou moins jeunes distribués à différentes latitudes. Pour chaque cratère étudié, il sera demandé une étude quantitative et typologique des cratères superposés aux éjectas. Pour chaque terrain analysé, une chronologie de la formation des cratères sera établie et le flux de cratérisation (pour D>5 km) en sera déduit. Enfin, à partir des différences typologiques observées dans la morphologie des cratères superposés aux éjectas, il devrait être possible d’observer à différentes latitudes la variation de dégradation des éjectas.

Cette étude statistique et morphologique sera réalisée à l’aide des images CTX de la mission Mars Reconnaissance Orbiter qui offrent à la fois une haute résolution (6m/pixel) et une large couverture des plaines étudiées.

PDF - 16.4 ko

Profil souhaité : Etudiant en géologie en M2 étant intéressé par les méthodes statistiques de datation et la morphologie des cratères d’impact.

Encadrants : Sylvain Bouley, Antoine Séjourné, François Costard

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Université Paris Sud

Indemnités de stage

Poursuite en thèse à discuter


Sujet pour 2012-2013

- Traitement de données spectrales de Mars
- Photométrie de la surface martienne



- Traitement de données spectrales de Mars

Profil souhaité : Etudiant en traitement du signal en M1 ou M2, stage ingénieur, étudiant en Planétologie/Astrophysique ayant une bonne connaissance en traitement du signal

L’instrument Planetary Fourier Spectrometer (PFS) à bord de Mars Express (ESA) a permis la détection de nouvelles espèces chimiques dans l’atmosphère de Mars comme le méthane (Formisano et al., Science 2004) dont l’origine est très débattue aujourd’hui (Lefèvre et al., Nature 2009). PFS est un spectromètre à transformée de Fourier qui enregistre l’énergie solaire réfléchi et l’émission thermique de la Planète Rouge sur des milliers de longueurs d’onde. Cependant, les vibrations internes du satellite induisent des réplications du spectre, limitant l’exploitation des mesures individuelles. L’objet de ce stage est la correction de cet effet par des méthodes de déconvolution en aveugle et l’exploitation des données corrigées. Il s’agira dans un premier temps de tester et de valider la méthode de déconvolution sur des données réelles et synthétiques. Dans un second temps, l’étudiant devra implémenter cette méthode sur une architecture de calcul rapide (de type GPU, calculateur parallèle, …) pour traiter l’ensemble du jeu de données comportant près d’un milliard de spectre. Enfin, la dernière partie de ce state consistera en l’exploitation des données.

PDF - 480.8 ko

Encadrants : Frédéric Schmidt, Matthieu Kowalski

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Laboratoire L2S, Université Paris Sud / Supelec (Orsay)


- Photométrie de la surface martienne

Étudiants souhaités : M1 de physique ou de géologie

Le spectro-imageur CRISM (Compact Reconnnaissance Imaging Spectrometer for Mars) à bord de la sonde MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) nous fournit des données hyperspectrales multiangulaires systématiques nous permettant d’étudier le comportement photométrique de l’état de surface de Mars. Grâce à l’analyse de la réflectance bidirectionnelle de la surface ainsi obtenue par CRISM par l’intermédiaire de modèles analytiques du transfert radiatif dans les milieux granulaires, il est possible de déterminer certains paramètres physiques de l’état de surface tels que la texture, la rugosité, la taille de grains, etc (Fernando et al. 2012, soumis à JGR Planet). Ces informations complémentaires à la composition nous permettront de caractériser les différents types de terrains martiens (volcaniques, sédimentaires, cratères d’impact). L’étudiant sera amené dans un premier temps à sélectionner un site d’étude puis à utiliser les informations photométriques ainsi obtenues complétées par divers supports tels que les cartes topographiques, morphologiques, d’inerties thermiques, de composition pour caractériser au mieux la géologie du site sélectionné.

PDF - 165.7 ko

Encadrants : Frederic Schmidt (IDES) et Jennifer Fernando (IDES)

Lieu du stage : laboratoire IDES, Univ. Paris Sud, Bât. 509, 91405 Orsay


Sujet pour 2011-2012

- Les geysers Martiens
- Traitement de données spectrales de Mars
- Photométrie Martienne
- Étude géologique de l’astéroïde Lutetia dans le cadre de la mission Rosetta
- Activité saisonnière sur la dune du cratère Russell (Mars)
- Contribution à l’étude préparatoire à l’interprétation des données du radar WISDOM de la mission ExoMars (2018)


PDF - 57.7 ko

- Etude photométrique de la surface de Mars

Profil souhaité : Etudiant en Physique/Chimie/Sciences de la Terre niveau M1

Lieu du stage : Université Paris Sud, Orsay

Encadrant : Frederic Schmidt (IDES) et Jennifer Fernando (IDES)


- Les geysers Martiens

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Profil souhaité : Etudiant en Physique/Sciences de la Terre niveau M1

Lieu du stage : Université Paris Sud, Orsay

Encadrant : Frederic Schmidt (IDES) et Cédric Pilorget (IAS)


- Traitement de données spectrales de Mars

L’instrument Planetary Fourier Spectrometer (PFS) à bord de Mars Express (ESA) a permis la détection de nouvelles espèces chimiques dans l’atmosphère de Mars comme le méthane (Formisano et al., Science 2004) dont l’origine est très débattue aujourd’hui (Lefèvre et al., Nature 2009). PFS est un spectromètre à transformée de Fourier qui enregistre l’énergie solaire réfléchi et l’émission thermique de la Planète Rouge sur des milliers de longueurs d’onde. Cependant, les vibrations internes du satellite induisent des réplications du spectre, limitant l’exploitation des mesures individuelles. L’objet de ce stage est la correction de cet effet par des méthodes de déconvolution en aveugle et l’exploitation des données corrigées. Il s’agira dans un premier temps de tester et de valider la méthode de déconvolution sur des données réelles et synthétiques. Dans un second temps, l’étudiant devra implémenter cette méthode sur une architecture de calcul rapide (de type GPU, calculateur parallèle, …) pour traiter l’ensemble du jeu de données comportant près d’un milliard de spectre. Enfin, la dernière partie de ce state consistera en l’exploitation des données.

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Profil souhaité : Etudiant en traitement du signal en M1 ou M2, stage ingénieur, étudiant en Planétologie/Astrophysique en M2 ayant une bonne connaissance en traitement du signal

Lieu du stage : Laboratoire IDES, Laboratoire L2S, Université Paris Sud / Supelec (Orsay)

Encadrants : Frédéric Schmidt, Nicolas Gac, Ali Mohammad-Djafari


- Étude géologique de l’astéroïde Lutetia dans le cadre de la mission Rosetta

L’étude géologique des petits corps du Système Solaire est une science nouvelle qui se développe progressivement depuis que les missions spatiales ont permis d’obtenir des images à haute résolution de leur surface. Au cours de la dernière décennie, plus de dix noyaux cométaires et astéroïdes ont ainsi été visités par des sondes spatiales. Le récent survol des astéroïdes Steins (septembre 2008) et Lutetia (juillet 2010) par la sonde européenne Rosetta en est une belle illustration. Les images font apparaître de nombreuses structures très variées : cratères, dépressions, failles, champs de débris, sillons, zones lisses, glissements de terrain,… Du fait des conditions très particulières régnant à la surface de ces objets : faible gravité, absence d’atmosphère, présence de régolithe, activité sismique due aux impacts, nous sommes loin de comprendre tous les processus physiques à l’oeuvre lors de la formation et l’évolution de ces structures.

L’objectif de ce stage est l’analyse géologique complète et détaillée d’une partie de la surface de l’astéroïde : cartographie, identification des différentes unités géologiques, et établissement d’une chronologie des évènements. Pour cela, le stagiaire s’appuiera sur les images à haute résolution obtenues par les caméras OSIRIS embarquées sur la sonde Rosetta ainsi que sur les données topographiques et photométriques extraites de ces images : modèles numériques de terrain (MNT), hauteurs dynamiques, pentes gravitationnelles, cartes d’albédo. Nous disposons également d’outils de visualisation et d’analyse de MNT développés au cours de ces dernières années.

En fonction de l’avancement du stage, une étude plus quantitative d’un glissement de terrain de l’astéroïde Lutetia pourra être menée, à partir d’un modèle numérique, afin de contraindre les causes et la dynamique du glissement.

L’utilisation de données uniques et récentes ainsi que leur exploitation scientifique dans le cadre d’une collaboration scientifique regroupant les compétences de trois laboratoires, l’IDES et l’IMCCE pour la géologie et le LAM pour l’imagerie spatiale et la modélisation de terrain, constituent les aspects particulièrement valorisants de ce stage. Sous réserve de l’obtention d’une bourse, ce stage pourra se prolonger en thèse.

Le stage se déroulera au Laboratoire IDES (Interactions et Dynamique des Environnements de Surface) à l’Université Paris-Sud à Orsay (91). Deux ou trois missions de quelques jours seront organisées au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM).

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Encadrants : Julien Gargani (IDES, julien.gargani@u-psud.fr), Olivier Groussin (LAM), Sylvain Bouley (IMCCE)


- Activité saisonnière sur la dune du cratère Russell (Mars)

Depuis 2006, le flux des images HiRISE (42 images) permet d’avoir accès à des données de bonne résolution (25cm/pixel) de la même zone d’étude en différentes saisons sur 3 années martiennes complètes (Novembre 2006-Mai 2011). Des études toujours plus nombreuses montrent qu’une succession d’activités saisonnières se produit sur Mars liée probablement au cycle du C0 2 et de l’H2O (Gardin et al., 2010 ; Reiss et al., 2010 ; Möhlmann et Kereszturi, 2010 ; Ceamanos et al., 2011 ; Hansen et al., 2011 ; McEwen et al., 2011). Cette activité saisonnière apparait en fait être complexe, puisque plusieurs phénomènes différents se produisent au même endroit en différentes périodes de l’année.

Le but de cette étude est : (1) d’étudier les phénomènes qui, bien que saisonnier, laissent des traces pérennes d’une année martienne sur l’autre, (2) de comprendre l’ensemble des activités saisonnières et les interactions possibles entre ces processus saisonniers.

Encadrant : Julien Gargani (julien.gargani@u-psud.fr), François Costard (francois.costard@u- psud.fr) et Gwenael Jouannic (gwenael.jouannic@u-psud.fr)


- Contribution à l’étude préparatoire à l’interprétation des données du radar WISDOM de la mission ExoMars (2018)

La mission européenne ExoMars d’exploration de la surface martienne à partir d’un véhicule sera lancée début 2018. Elle consiste à envoyer sur la surface de la planète Mars un véhicule automatisé équipé d’instruments de mesures scientifiques à la recherche de traces de vie passées ou présentes sur Mars. Le LATMOS est très impliqué dans cette mission puisqu’il assure la responsabilité scientifique et technique du radar à pénétration de sol sélectionné par l’Agence Spatial Européenne.

Le sujet de ce stage concerne donc l’instrument WISDOM (Water Ice Subsurface Deposits Observation On Mars), qui est un GPR (Ground Penetrating Radar) dont le principal objectif scientifique est la caractérisation du sous-sol proche de Mars (Structure et propriétés géoélectriques des différentes couches identifiées).

Le sujet proposé concerne la préparation du travail d’interprétation des données qui seront à terme recueillies à la surface de Mars. Les résultats visés doivent permettre une interprétation quantitative des données recueillies et nécessitent d’aborder le problème à la fois du point de vue théorique et du point de vue pratique. En conséquence, le travail à effectuer comportera deux volets indissociables de modélisation et d’expérimentation.

La partie modélisation s’appuiera, dans un premier temps, sur des modèles analytiques simplifiés adaptés à des environnements particulièrement simples.

La partie expérimentation se fera avec le prototype du GPR WISDOM disponible et déjà en cours de validation. Des mesures ont été et seront effectuées sur des terrains naturels et artificiels (notamment en chambre froide en collaboration avec l’IDES, Paris Sud) bien documentés. Les données disponibles seront analysées à la lumière des résultats de modélisation obtenus. Au cours de ce stage l’accent sera mis sur l’analyse quantitative de l’écho de surface pour estimer la permittivité de la couche supérieure du sous-sol et sur l’utilisation des mesures polarimétriques afin de lever l’ambiguïté de localisation des diffuseurs ponctuels dans la direction perpendiculaire au déplacement du radar.

Ce stage sera l’occasion pour l’étudiant(e) de s’intégrer à une équipe internationale composée d’ingénieurs et de scientifiques.

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Compétences requises : M2 planétologie, télédétection ou physique.

Encadrants : Valérie Ciarletti (LATMOS, valerie.ciarletti@latmos.ipsl.fr), Monique Dechambre (LATMOS), Albane Saintenoy (IDES), Marc Biancheri-Astier (IDES,marc.biancheri-astier@u-psud.fr)


Sujet pour 2010-2011

- Étude de l’érosion thermique de la glace
- Recherche des biostructures dans des formations rubanés de fer et ses roches encaissantes de la région de Minas Geraïs (synclinale de Gandarela et mine de Socoro) : pistes pour la recherche de traces de vie sur la surface martienne
- Étude morphologique des spiders martiens et activité des jets de gaz
- Étude expérimentale de l’évolution des iles dans les vallées de débâcle
- Évolution morpho-structurale des escarpements de la calotte polaire australe de Mars
- L’influence de la pression sur la solubilité des espèces volatiles majeures dans les magmas silicatés



- Étude de l’érosion thermique de la glace.

Profil souhaité : étudiant en physique niveau L3 ou M1

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voir la fiche stage L. Dupeyrat

Encadrants : Laure Dupeyrat et François Costard

Lieu du stage : Université d’Orsay, 91 405 Orsay

Contact : Laure Dupeyrat


- Recherche des biostructures dans des formations rubanés de fer et ses roches encaissantes de la région de Minas Geraïs (synclinale de Gandarela et mine de Socoro) : pistes pour la recherche de traces de vie sur la surface martienne.

Méthodologie : Microscopie optique, microscopie électronique à balayage, Diffractométrie-X sur 6 échantillons séléctionnés.

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voir la fiche Master1 09 B.Orberger

Cadre : projet Franco-brésilien : COFECUB-CAPES

Encadrant : Beate Orberger

Co-encadrant : Rachael Morgan


- Étude morphologique des spiders martiens et activité des jets de gaz.

Les spiders ont été découverts très récemment d’après les images MOC (Malin, 1998) (fig. 1a). Il s’agit de structures dendritiques, présentes sur la surface sud de Mars, souvent associées à des formes allongées. L’étude de Piqueux a montré le lien entre les spiders et la zone de la calotte saisonnière appelée « région cryptique » (Piqueux, 2003). Cette région particulière, mise à jour par Kieffer et al, 2000 est recouverte de glace de CO2 mais comporte un albédo anormalement bas. Une étude du bilan radiatif, montre que la récession est plus rapide dans cette région, part conséquent, le flux de CO2 n’est pas homogène et peu induire des modifications climatiques notables (Schmidt, 2009a). Kieffer a proposé un processus de jets de gaz froid pour expliquer ces structures (Kieffer, 2006). Il s’agit de la sublimation par le dessous d’une couche de CO2 translucide sous l’effet des rayons du soleil (fig 1b.). Le gaz ainsi mis en pression est éjecté vers le haut, dès que le seuil de rupture mécanique de la glace est atteint. Ces jets de gaz froid entraînent avec eux de la poussière qui se dépose en surface pour créer ces formes allongées. Les structures dendritiques seraient des traces dans le relief de la zone de sublimation du CO2. Ce modèle n’est pas tout à fait compatible avec les premières analyses spectroscopiques car de la glace transparente est présente même en dehors de la région cryptique (Langevin, 2006). Une étude spectroscopique plus approfondie est en cours et tend à montrer une grande variabilité spatiale et temporelle de l’état de surface de la couche de CO2 (Schmidt, 2009b ; Douté, 2009). Cette couche est transparente pour des zones insoupçonnées comme la calotte permanente sud.   Aujourd’hui, bien que le processus ne semble pas remis en question, de nombreux points restent indéterminés… Au cours de ce stage, l’étudiant sera amené à effectuer des analyses morphologiques des spiders afin de caractériser leurs activités.

http://sites.google.com/site/freder...

Encadrant : Frederic Schmidt


- Étude expérimentale de l’évolution des iles dans les vallées de débâcle

Dans les vallées de débâcle des milieux périglaciaires comme en Sibérie ou sur Mars, des iles se forment et évoluent au cours du temps. Cette évolution est contrôlée par de nombreux paramètres liés au climat (Température de l’aire, Température de l’eau, Température du sol), aux conditions hydrologiques (débit, nombre de Reynolds, hauteur de l’eau) et aux conditions géométriques et géologiques (taille de l’ile, taille des grains, hauteur de l’ile). Toutefois, la façon dont chaque paramètre influence précisément l’évolution du système est mal connue car le système est complexe.

Le but de ce stage est de déterminer comment chaque paramètre influence l’évolution de l’île afin de déterminer des lois empiriques d’évolution. Cette étude s’intègre dans un programme de recherche plus vaste qui vise à prédire l’évolution morphologique des fleuves sous l’effet de variations climatiques, ainsi qu’à déterminer les conditions passées d’écoulement à travers l’étude des morphologies fluviatiles.

Encadrant : Julien Gargani

Co-encadrant : François Costard, Laure Dupeyrat, Gwennaël Jouannic


- Évolution morpho-structurale des escarpements de la calotte polaire australe de Mars.

Méthodologie : imagerie visible et données radar MARSIS. Approche comparative terre-Mars.

Encadrants : Francois Costard, Bertrand Saint-Bézar


- L’influence de la pression sur la solubilité des espèces volatiles majeures dans les magmas silicatés.

La pression a une grande importance sur la solubilité dans les magmas silicatés des espèces volatiles comme l’eau, le CO2 ou les gaz rares. Ce n’est que récemment qu’a été réalisé le rôle de la compressibilité du magma qui modifie complètement la loi de Henry, valable à faible pression. Il est important de connaître comment la solubilité évolue de fonction de la pression pour comprendre le dégazage actuel des magmas qui arrivent à la surface de la terre, mais aussi pour comprendre le dégazage de la terre elle-même, c’est-à-dire la formation de l’atmosphère, via le dégazage d’un éventuel océan de magma primitif. Ce genre d’étude peut également donner accès à une meilleure compréhension des mécanismes intimes de la solubilisation ainsi qu’à la structure moléculaire des magmas. Le travail consistera d’abord à étudier la solubilité du carbone dans divers types de magmas. On fabriquera des échantillons chargés en carbone qui seront soumis à des pressions élevées, de 0 à 20 GPa. L’analyse quantitative du carbone dissous se fera au moyen d’un spectromètre micro-Raman. Nous collaborons avec un laboratoire de physique des liquides qui développe des modèles moléculaires modernes, et permettra un support théorique à ces mesures. L’interprétation se fera en mettant particulièrement l’accent sur l’histoire de l’atmosphère de la Terre et aussi de Vénus et Mars.

Encadrant : Philippe Sarda





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