Cette thèse entre dans le cadre de la synthèse d'images de paysages s'appuyant sur une nouvelle modélisation des terrains par simulation dynamique de processus géomorphologiques. La restitution des phénomènes naturels agissant sur la création et l'évolution des reliefs semble un des moyens les plus sûrs pour obtenir des paysages réalistes. Après une présentation des différentes modélisations de terrain existantes, le modèle proposé est détaillé. Il s'appuie sur la création de terrains géologiquement contrastés sur lesquels sont appliqués des processus déterministes d'érosion. Le relief est constitué d'une surface topographique à laquelle est associée la représentation volumique d'un sous-sol, qui permet de déterminer en chaque point des paramètres géologiques intervenant dans la simulation. Celle-ci suit une méthode itérative utilisant des lois simulant l'érosion gravitaire et mécanique, la dissolution chimique et la sédimentation. L'écoulement et le transport de matière entre les points s'effectuent par le biais d'un graphe de parcours qui traduit la structure du réseau hydrographique. La simulation implique l'évolution (altimétrique et géologique) du relief et la création du réseau associé. Deux algorithmes de rendu sont ensuite proposés pour visualiser le relief modélisé. Ils incluent la représentation du réseau hydrographique et des lignes de crête. Le réalisme des images est accru par le plaquage sur le relief de textures naturelles de végétation, générées par une technique de spot noise et l'ajout d'effets visuels.

Depuis leur formation, les surfaces des corps de notre Système Solaire montrent une diversité étonnante. Cette diversité est le reflet des processus géologiques qui ont modelé les surfaces planétaires au cours du temps. Parmi les objets du Système Solaire, Mars constitue un objet particulièrement intéressant car il présente de nombreuses similitudes avec notre planète. La minéralogie de la surface de Mars est bien documentée. Cependant, on dispose de peu d'information sur les paramètres physiques des matériaux qui sont également des traceurs des processus géologiques. Un des objectifs de cette thèse est de développer et de valider un outil permettant leur détermination à partir de techniques d'investigation spatiale depuis l'orbite et d’interpréter les résultats. Pour cela, une approche basée sur la photométrie, qui étudie les propriétés de diffusion des matériaux de surface, a été développée et validée. Ces propriétés de diffusion dépendent de la composition mais aussi des propriétés physiques des matériaux comme la taille, la forme, la structure interne, la rugosité des grains et la rugosité de la surface. Les données hyperspectrales multi-angulaires CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) à bord de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (11 images prises à des angles d'émergence variés) ont été utilisées, permettant de contraindre le comportement de diffusion des matériaux de surface. Tout d'abord, les données sont corrigées de la contribution atmosphérique à l'aide de l'algorithme nommée MARS-ReCO (Multi-angle Approach for Retrieval of Surface Reflectance for CRISM Observations), développé en collaboration avec Xavier Ceamanos et Sylvain Douté (IPAG) au cours de la thèse. Puis, les données de réflectance de surface à différentes géométries sont analysées en inversant à l’aide d’une approche bayésienne le modèle photométrique de Hapke qui décrit le transfert radiatif en milieu granulaire. Ce modèle dépend de six paramètres photométriques de surface (e.g., albédo de diffusion, fonction de phase, rugosité macroscopique de la surface), reliés aux propriétés physiques des matériaux comme la taille, la structure interne, la forme, la rugosité des grains, et la rugosité de la surface.Une première application a été menée au niveau des sites d'atterrissage des rovers de la mission Mars Exploration Rover, où des données orbitales et in situ sont disponibles. Ces dernières sont utilisées comme «vérité terrain» pour valider les interprétations des paramètres photométriques estimés. Dans ce travail, des cartes des paramètres photométriques ont été fournies le long et autour du trajet des rovers permettant d'avoir accès aux informations des propriétés des matériaux sur une étendue plus importante que les données in situ. Une interprétation de chacun des paramètres et un lien aux propriétés physiques et aux processus géologiques ont été fournis. Les résultats montrent des propriétés de diffusion variés au sein d'une observation CRISM (10x10km) suggérant que les surfaces sont contrôlées par des processus géologiques plus locaux (e.g., processus éoliens, fragmentation de la croûte par impact).Une dernière partie se focalise sur la détermination des propriétés de diffusion des matériaux de surface de différents terrains géologiques formés dans des contextes différents. Le but est d'identifier les variabilités des propriétés de diffusion à travers Mars / The PhD work focuses on the characterization of geological processes on planetary surfaces. Due to the lack of broad scale in situ information about the surface physical properties of the Martian materials (recording the geological processes), my work centers on the development and validation of an approach for their estimation from orbital spaceborne datasets. In addition, determining the physical properties has an implication for the spectroscopic interpretation notably for the mineral abundances. More specifically, I developed an approach for the determination and the analysis of the Martian surface scattering properties using CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) observations [Murchie et al., 2007] on-board MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). CRISM provides multi-angular (varied emission angles) hyperspectral images which allow the characterization of the surface scattering behavior at ∼200m/pixel. The scattering behavior depends on the material composition but also the physical properties such as the grain size, shape, internal structure, and the surface roughness / porosity. The main objective is to observe the spatial variations of the surface scattering properties and the photometric parameters as a function of geological units.The methodology I employ is based on the estimation of the surface photometric parameters in term of surface physical properties. After an atmospheric correction (aerosols) by the Multi-angle Approach for Retrieval of the Surface Reflectance from CRISM Observations (MARS-ReCO) [Ceamanos et al., 2013] developed in collaboration with X. Ceamanos and S. Douté (IPAG, France), I analyze the surface reflectance taken at varied geometries by inverting the Hapke photometric model [Hapke, 1993] depending on six parameters (single scattering albedo, 2-term phase function, macroscopic roughness and 2-term opposition effects parameters) in a Bayesian framework [Fernando et al., 2013]. The algorithm for the correction for the aerosols and the methodology for the estimates of surface photometric parameters have been validated by comparing the results from orbit to the in situ photometric measurements from Mars Exploration Rover (MER) rovers [Fernando et al. 2013].The MER landing sites located at Gusev Crater and Meridiani Planum provide an excellent opportunity to ground truth and validate the interpretation of derived Hapke photometric parameters as both orbital and in situ data are readily available over numerous geological terrains. Orbital results are consistent with the in situ observations. In my work, I mapped the surface scattering properties in and around the rover path, providing extended information over a wider area. Significant variations in the scattering properties are observed inside a CRISM observation (10x10km) suggesting that the surfaces are controlled by local geological and climatic processes [Fernando et al., in revision].The last part of this work focuses on the determination of the surface photometric parameters of different Martian geological terrains under different contexts in order to identify variabilities of the scattering properties

Le gisement de talc-chlorite de Trimouns est situé dans le massif nord-pyrénéen du Saint Barthélémy (Ariège, France). Il est l'objet d'une attention particulière pour ses ressources minérales exceptionnelles (tant par la qualité que l'abondance), et pour sa position stratégique dans l'histoire géologique des Pyrénées. Le but de cette étude est de caractériser les conditions de formation du gisement et de les intégrer dans le contexte géologique régional. Pour aborder cette problématique nous avons choisi trois grands axes d'étude : 1) au moyen de l'analyse cartographique et structurale, nous procédons à une description de la géométrie du gisement, et nous proposons une histoire des relations entre minéralisation et déformation ; 2) à l'aide d'analyses thermométriques via plusieurs méthodes, nous cherchons à définir quelle est l'histoire thermique enregistrée dans les différentes unités du gisement ; 3) avec des datations in situ sur un large panel de minéraux, nous positionnons des repères temporels sur plusieurs objets géologiques afin de dater le ou les épisodes minéralisateurs sur Trimouns. Les résultats obtenus expriment le caractère polyphasé du gisement, et ce pour les trois axes d'études suivis, déformation, thermicité et âge de la minéralisation. Les travaux sur les structures montrent que la minéralisation principale scelle une déformation probablement varisque, minéralisation qui se forme elle-même en contexte dynamique et qui est à son tour déformée. L'étude thermique met en évidence que la ou les minéralisations sont associées à un ou plusieurs événements froids, et qu'une empreinte thermique chaude est préservée dans les roches du toit et du mur du gisement. Les résultats géochronologiques montrent que la formation du talc et des chlorites à Trimouns est polyphasée et associée à une succession d'événements métasomatiques. L'Albien est l'évènement hydrothermal majeur mais des épisodes plus anciens sont enregistrés au Jurassique à Trimouns, voire au Permien dans d'autres gisements du massif et de l'ouest de la chaîne des Pyrénées. La synthèse de nos travaux nous permet de proposer un modèle de la formation du gisement de talc-chlorite de Trimouns. Ce modèle s'inscrit dans un contexte géodynamique extensif post-varisque que l'on peut mettre en relation avec les phénomènes extensifs pré-orogéniques pyrénéens du Crétacé (120-85 Ma). Ce contexte pré-orogénique est associé à l'exhumation du manteau, source probable du magnésium nécessaire à la formation du gisement. Nos travaux montrent également que le massif du Saint Barthélémy, et possiblement d'autres massifs nord pyrénéens semblables, ne sont pas des massifs "simplement" varisques mais qu'ils ont pu être profondément affectés par les évènements du cycle alpin. / The Trimouns talc-chlorite deposit is located in the north Pyrenean Saint Barthelemy massif (Ariège, France). This deposit is remarkable in its minerals' quality and quantity as well as for its strategic position in the Pyrenees geological history. This study aims at understanding the formation conditions of the talc-chlorite deposit and at integrating them in the alpine pre-orogenic context. To this, we focus on three main themes : 1) Using geological and structural mapping studies, we describe the rocks and their organization as to estimate how much variscan and alpine orogenies affected them. 2) With thermometric analyses using different methods, we seek to define what is the thermal history recorded in the different units of the deposit. 3) Using in-situ dating on a wide range of minerals, we locate temporal references on various geological objects to document hydrothermal events. Achieved results demonstrate the polyphase caracteristics of the deposit, in the three focal areas used : deformation, thermal approach, and geochronology. Structural analysis shows that the mineralisation seals an other deformation, probably of the variscan period. This mineralisation is also formed in a dynamic context and then deformed as well. The thermal study highlights that mineralizations are associated with one or more cold events, and a hot thermal foot-print is preserved in the footwall and the hanging wall of the deposit. Dating results show that the formation talc and chlorite in Trimouns is multiphase, associated with succession of metasomatic events. The Albian event is the major hydrothermal event but older episodes are recorded in Jurassic at Trimouns and in Permian in other fields on the west-ern Pyrenees. The synthesis of our works allows us to propose a model of the formation of the Trimouns talc-chlorite deposit. This model is part of a post-Variscan extensive geodynamic context that can be related to the Pyrenean extensive pre-orogenic phenomena during Cretaceous period (120-85 Ma). This pre-orogenic context is associated with mantle exhumation, likely source of magnesium necessary for the formation of talc. Our studies also show that the Saint Barthelemy massif and possibly other similar north Pyrenean massif are not "simply" Variscan but have been deeply affected by the events of the Alpine cycle.