La surface de la lune et des planètes rocheuses, Mars en particulier, intéresse énormément quiconque tente d’explorer notre système solaire. La surface doit être connue avec autant de détails que possible, pour que les missions atterrissent en toute sécurité, ou pour que tout vaisseau robotique puisse traverser la surface. Mais jusqu’à présent, les méthodes d’analyse des images des engins spatiaux en orbite ont entraîné une énorme charge de travail et une immense puissance informatique, avec des résultats limités.
Un projet d’Iris Fernandes a changé cela. En étudiant la formation calcaire Stevns Klint au Danemark, elle a développé une méthode pour interpréter les ombres dans les images, afin que la topographie exacte puisse être extraite. La méthode est encore plus rapide et demande moins de travail. Le résultat est maintenant publié Sciences planétaires et spatiales.
L’exploration spatiale humaine implique des niveaux de sécurité élevés, c’est pourquoi des images précises du terrain sont nécessaires
La topographie de n’importe quelle surface créera des nuances lorsque la lumière du soleil l’atteindra. On voit bien les nuances sur les photos de la Lune, mais on ne connaît pas l’élévation du terrain. Nous pouvons donc voir les changements de topographie, mais pas de combien. Il est nécessaire de pouvoir voir même de très petites caractéristiques pour assurer un atterrissage ou un déplacement en toute sécurité d’un rover. Sans parler de la sécurité des astronautes.
Si un rover ne peut pas voir les détails, il pourrait se coincer dans des surfaces de sable ou heurter des rochers – et être capable de voir des formations géologiques intéressantes pour trouver des environnements géologiques riches à des fins de recherche est également d’une grande importance.
Les anciennes limitations de l’évaluation de la topographie ont maintenant été largement éradiquées
Lorsque les satellites orbitent autour d’une planète, ils peuvent prendre des photos de la surface avec une qualité raisonnable. Mais pour établir une interprétation de la topographie exacte, suffisante pour faire atterrir des équipements extrêmement coûteux ou peut-être même des astronautes, de nombreuses informations ad hoc doivent encore être traitées.
La méthode d’utilisation des nuances existait auparavant, mais elle était inefficace en termes de calcul et devait encore s’appuyer sur des hypothèses. La nouvelle méthode utilise un calcul beaucoup plus direct et précis, elle ne s’appuie pas sur tout un ensemble de paramètres à introduire dans l’ordinateur, et elle peut même calculer les incertitudes et la précision.
« Cette méthode est rapide, précise et ne repose sur aucune hypothèse », déclare Iris Fernandes. « Auparavant, si vous posiez la question : quelle est la précision de l’évaluation de la topographie, il n’y avait vraiment pas de réponse satisfaisante. Maintenant, la topographie précise est révélée, et nous pouvons même quantifier les incertitudes. »
La curiosité scientifique peut vous mener vers des endroits surprenants
« J’ai participé à un projet où nous voulions utiliser des images de Stevns Klint pour modéliser des motifs à la surface. J’ai même présenté cette méthode lors d’une conférence à Los Angeles. Mais les nuances représentaient un défi, car l’algorithme ‘voyait’ les nuances comme géologiques. Caractéristiques. »
« Cela a créé un biais dans le modèle. Nous devions trouver des moyens de supprimer les nuances, afin de supprimer le biais. »
« J’ai toujours été intéressé par les planètes et je savais que la surface de la lune était étudiée. Il n’y a pas beaucoup de caractéristiques perturbatrices sur la Lune, c’était donc idéal pour éliminer les biais. »
« Lorsque nous avons filtré les nuances, nous avons pu voir ce qu’elles « cachaient », pour ainsi dire : les formes de surface », explique Iris Fernandes.
La résolution des images existantes présentait un nouveau problème et une nouvelle approche
Lorsque les travaux sur la Lune ont commencé, l’écart entre les différentes résolutions des images et les données topographiques s’est avéré énorme. Un nouveau problème est apparu, en d’autres termes. « Comment pourrions-nous combiner différentes sources de données dans différentes résolutions ? »
« Cela présentait un énorme problème mathématique – et c’est vraiment le sujet de l’étude. »
« C’est là que les anciennes recherches s’étaient arrêtées. Ce que nous avons fait différemment des tentatives précédentes pour résoudre ce problème, c’est que nous nous sommes concentrés sur les mathématiques et que nous l’avons réduit à une équation mathématique difficile. Fondamentalement, pour voir si cette équation pouvait résoudre le problème. »
« Et ça l’a fait », sourit Iris Fernandes. « On pourrait dire que nous, mon directeur, le professeur Klaus Mosegaard et moi, avons trouvé la clé mathématique d’une porte restée fermée pendant de nombreuses années ».
La voie à suivre
L’accent est maintenant mis sur l’amélioration de la méthode encore plus. Partout où des données sont disponibles sur la formation rocheuse dans le système solaire, comme la Lune, Mars, les astéroïdes ou autres, la méthode peut être appliquée pour extraire des détails topographiques précis.
Les images utilisées pour cette tâche peuvent être des images de satellites ou même des rovers eux-mêmes, actuellement au sol sur Mars, ou de tout robot mobile à l’avenir.
Les objectifs pour réaliser une analyse topographique correcte peuvent être différents, il peut s’agir de la sécurité de l’équipement ou des astronautes ou de la recherche de sites géologiquement intéressants.
En d’autres termes, il existe un large éventail d’applications possibles. « C’est une sorte de truc de vision par ordinateur », dit Iris Fernandes. « Lorsque, par exemple, un robot dispose d’une certaine forme de machinerie pour interagir avec l’environnement, la méthode peut aider à la navigation ou à la » coordination œil-main « , car elle est moins « lourde » en calcul et donc plus rapide. »
« Je ne fais que spéculer maintenant, mais une caractéristique intéressante pourrait être d’évaluer la rondeur de petits rochers, afin de trouver l’ancienne présence d’eau. »
« La méthode montre des données pour nous en tant qu’humains d’une manière que nous comprenons intuitivement, comme des images de la rondeur des pierres, ce qui est très facile à interpréter. »
Iris Fernandes et al, Topographie haute résolution à partir d’images planétaires et d’altimétrie laser, Sciences planétaires et spatiales (2022). DOI : 10.1016/j.pss.2022.105514