Composition of the surface of Pluto by spectro-imagery. New Horizons mission

En 2015, la sonde New Horizons effectua une approche de Pluton et nous permit d’obtenir des informations sans précédent sur sa surface et ses propriétés géologiques. Les mesures effectuées ont déjà permis l’élaboration de cartes globales de réflectance et de topographie et de cartes multispectrales à bande étroite de la composition de la surface. L’analyse des données hyperspectrales du spectromètre infrarouge Ralph/LEISA, qui nous permet d’analyser la composition de la surface, a cependant été confiné jusqu’ici à l’hémisphère de rencontre où nous disposons des données en haute résolution. De plus, ces analyses n’ont été produites que de manière qualitative et sans essayer de déterminer la proportion et les modes de mixages des différents composants.Cette thèse de doctorat utilise une nouvelle technique inspirée de l’imagerie médicale afin de présenter les premières cartes globales de composition de la surface de Pluton. Nous effectuons ensuite une analyse statistique de ces cartes et les comparons avec d’autres bases de données sur la surface de Pluton afin d’en proposer des interprétations géologiques. Ces données ont déjà servi à la modélisation de l’atmosphère de Pluton et semble être un outil prometteur pour l’élaboration de nouvelles descriptions et prédictions du climat plutonien.Enfin, nous développons une méthode métaheuristique basée sur le recuit simulé pour faire de l’inversion spectrale en utilisant le modèle de transfert radiatif DISORT. Cela nous permet d’établir des résultats quantitatifs sur la composition des sols, et nous présentons les premiers résultats issus de cette méthode. Nous analysons les coûts liés à l’élaboration d’une carte de composition globale à partir de cette méthode, et proposons des améliorations algorithmiques afin d’en améliorer l’efficacité et la précision. Les coûts de calculs étant particulièrement élevés, nous proposons aussi un plan de développement permettant de transformer ces premiers résultats en projet de recherche citoyenne en calcul distribué, qui permettrait d’obtenir à moindre coût une carte globale de précision adéquate d’ici quelques années.In 2015 the New Horizons spacecraft reached the Pluto system and returned unprecedentedly detailed measurements of its surface properties. These measurements have already been integrated into global reflectance, topography and narrow-band multispectral surface composition maps. However, analysis of the hyperspectral data from the Ralph/LEISA infrared spectrometer, which lets us analyse the surface composition, has until now been confined to the high-resolution encounter hemisphere of Pluto, and has only been carried out in a qualitative fashion, without a detailed analysis of the proportions and mixture types of the various components.This thesis uses the technique of intensity-based registration, commonly used in medical imagery and newly applied in planetary science, to present the first global qualitative composition maps for the main materials of Pluto's surface. We then carry out a statistical analysis of these maps and compare them with the other Pluto surface datasets to make geological interpretations of the maps. This dataset has already been used for global atmospheric modeling of Pluto and promises to be a valuable asset for further descriptions and predictions of its climate and behaviour.We also present a metaheuristic, simulated-annealing-based method for spectral inversion, using the DISORT radiative transfer model. We use this method to develop the qualitative LEISA dataset into quantitative compositional maps, and show the first few results using this method. Finally, we discuss the computational costs and runtime needed to produce the global quantitative compositional map of Pluto, and suggest algorithmic improvements to make the spectral inversion more accurate and more efficient. As the computational costs are very high, we outline a path to developing these first results into a distributed computing project that would make completing the global compositional map feasible in a few years