During space missions, real time tele-operation of a rover is not practical because of significant signal latencies associated with inter planetary distances, making some degree of autonomy in rover control desirable. One of the challenges to achieving autonomy is the determination of terrain traversability. As part of this field, the determination of motion state of a rover on rough terrain via the estimation of wheel-terrain contact angles is proposed. This thesis investigates the feasibility of estimating the contact angles from the kinematics of the rover system and measurements from the onboard inertial measurement unit (IMU), joint angle sensors and wheel encoders. This approach does not rely on any knowledge of the terrain geometry or terrain mechanical properties. An existing framework of rover velocity and wheel slip estimation for flat terrain has been extended to additionally estimate the wheel-terrain contact angle along with a side slip angle for each individual wheel, for rough terrain drive. A random walk and a damped model are used to describe the evolution of the contact angle and side slip angle over an unknown terrain. A standard strapdown algorithm for the estimation of attitude and velocity from IMU measurements, is modified to incorporate the 3D kinematics of the rover in the implementation of a nonlinear Kalman filter to estimate the motion states. The estimation results from the filter are verified using tests performed on the ExoMars BB2. The obtained contact angle estimates are found to be consistent with the reference values.

Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d’instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d’ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s’est déposée la couche d’argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d’érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l’évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d’autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d’Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l’escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d’Avignonet semble contrôlée par l’érosion du sommet de la couche d’alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d’une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements. / Three remote sensing techniques, Lidar, satellite radar interferometry and aerial photogrammetry are applied to quantify the spatial and temporal evolution of two clayey landslides (Avignonet and Harmalière, located in the Trièves area, French Alps) in complement to in-situ instrumentations. A geomorphological analysis based on Lidar-derived filtered DEM, coupled to analysis of ortho-photos dating back to 1948 and geophysical investigations, shows that the different evolution of the neighbouring landslides could be partly controlled by the paleotopography of the bedrock underlying the clay layer. Directional roughness is shown to help distinguishing between landsliding and gully erosion patterns. Cross-correlation technique adapted to DEMs has been developed to derive 3D-displacement-vectors between two Lidar acquisitions (2006 and 2009), paying attention on measure quality assessment. The displacement map reveals that, at the Harmalière landslide, the main sliding channel, very active from 1981 - 2001, is now relatively slow (< 0.4 m over 3 years), in contrast with four surrounding distinct areas of large movements (up to 3 m) partly with rotational components. At the Avignonet landslide, displacements generally increase towards the toe (up to 1 m near the drainage outlets). Persistent Scatterers Interferometry technique allows to derive new reliable displacement-rates (1992 - 2000) at 16 points of the Avignonet landslide, consistent with GPS time-series. The long-term average headscarp retreat rates are estimated to 1 - 5 cm/y at Avignonet and 7 - 14cm/y at Harmalière. The retreat of the Avignonet landslide seems to be controlled by the erosion of the top of the underlying compacted alluvial layers. The presence of a paleovalley (Drac river) below the Harmalière toe could explain the difference of kinematics between the two landslides.