Monitoring morphologic surface changes from aerial and satellite imagery, on Earth and Mars
Suivi de changements morphologiques de surface à partir d’images aériennes et satellitaires, sur terre et mars
Résumé
The analysis of satellites imagery acquired at different dates allows the measurement of Earth surface displacement (earthquake ground deformation, glacier advance and retreat, sand dunes migration, slow-moving landslide,…) that occured between the images acquisitions. In this thesis we investigate 1) the extension of the processing techniques established for satellite imagery to aerial imagery, and 2) the applicability of Earth-based technique to monitor eolian surface processes on Mars.
Aerial imagery, whose first acquisition dates back decades before the satellite era, and whose ground resolution is higher than satellite one, can be relevant to monitor Earth surface displacement. We present a methodological extension of the satellite technique to aerial imagery. Potential and limitations are investigated. Application to the Krafla rift opening in Iceland (1975-1984), using aerial imagery, declassied spy imagery, and modern satellite imagery is presented.
Next, we applied the method to Mars imagery taking advantage of the high resolution HiRISE instrument. A pair of HiRISE images is processed to monitor the activitys of a dune field. We measured sand ripple migration and inferred a sand flux comparable to some the Earth dune fields sand flux. We then expand our processing to a time-series of 10 HiRISE images, and characterized the seasonal variability of the sand flux throughout the year. This seasonal sand flux variability is used jointly with a sand flux prediction from atmospheric simulations to constrain the sand mobility threshold.
Les progrés en télédétection permettent désormais une mesure dense et précise des déplacements de la surface terrestre à partir de l'analyse fine d'images satellitaires acquises à différentes dates. Ces méthodes permettent de détecter et de quantifier par exemple la déformation co-sismique du sol, l'avancée ou le recul de glacier, la migration de dunes, ou les glissements de terrain, survenus entre les dates d'acquisition des images. Au cours de cette thèse nous étudions 1) l'extension des méthodes de traitement d'images satellitaires aux images aériennes et 2) l'applicabilitée des méthodes satellitaires terrestres en planétologie, en particulier pour l'étude des processus éoliens sur mars.
L'imagerie aérienne, dont les premières acquisitions datent d'avant l'ère satellitaire et offrant de meilleures résolutions spatiales, constitue une source d'images intéressante pour le suivi des processus de surface terrestre. Nous proposons une méthode de traitement d'images aériennes, basée sur les méthodes satellitaires et prenant en compte les spécificités des images aériennes d'archive acquises sur film notamment. Le potentiel (e.g., mesure de déplacement de quelques centimètres, revisite d'évènements passés, extension de séries temporelles) et limites (e.g., déformation du film, défauts de numérisation) de ce type d'imagerie sont caractérisés. La méthode est appliquée à la mesure de l'ouverture du rift de Krafla en Icelande (1975-1984) à partir de deux série d'images aériennes (1957, 1990), d'une image espion déclassifiée et d'une image satellitaire.
En seconde partie, nous appliquons ces techniques sur mars via l'analyse d'une paire d'images HIRISE pour le suivi d'activité d'un champ de dunes. Après adaptation des méthodes terrestres au capteur HiRISE (e.g., géométrie de l'instrument, projection cartographique martienne), nous mesurons la migration des rides de sable couvrant les dunes et estimons un flux de sable associé, qui s'avère être d'intensité comparable à celui de certains champs de dunes terrestres. L'analyse est étendue à une série temporelle de 10 images HiRISE, permettant ainsi de caractériser la variation saisonnière du flux au cours d'une année martienne. Cette variation saisonnière est ensuite utilisée conjointement avec une prédiction de flux issue d'une simulation atmosphérique pour calibrer la contrainte en cisaillement du sable sur mars.
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