Patrick LAUNEAU


Professeur

LPGNantes

Bât. 6, porte 19

Téléphone: +33 (0)251125266

Courriel: patrick.launeau@univ-nantes.fr

 

Raccourci vers SPO, Intercepts et Ellipsoid

Activités administratives

 

Directeur de l’OSUNA depuis février 2010 : http://www.osuna.univ-nantes.fr/

Responsabilités pédagogique

Responsable de la Mention de Master "Sciences de la Terre de l'Univers et de l'Environnement"

Professeur en géologie structurale et télédétection

Activités de Recherche

Celles-ci peuvent se regrouper en deux chapitres principaux sur 1) l'étude des écoulements dans les magmas et les suspensions concentrées et 2) la caractérisation des surfaces planétaires. Le premier chapitre fait suite à mon travail de thèse, le second a été développé depuis ma nomination à Nantes et traduit mon engagement pour le développement du laboratoire de planétologie et géodynamique. Il a essentiellement porté sur la validation terrestre des méthodes de télédétection indispensables à la planétologie. Il m'a conduit à participer au Pôle Mer et Littoral ainsi qu'à l'Institut de Recherche des Sciences et Techniques de la Ville, puis à piloter une action du CPER Génie Civil, Environnement et Gestion Durable de la Ville (2007-2011). C'est cet engagement pluri-disciplinaire qui est à l'origine de ma nomination en tant que porteur du projet d'Observatoire des Sciences de l'Univers Nantes Atlantique. Cela ce traduit aujourd'hui par une implication de plus en plus forte dans les domaines des caractérisations de surfaces planétaires.

1 Etude des écoulements dans les magmas et les suspensions concentrées par analyse d'image.

La quantification des textures des roches par analyse d'images est un outil privilégié pour l'étude des pétrogenèses de magmas (distributions de tailles de grains) et des modalités cinématiques de leur mise en place (distributions d'orientations préférentielles de formes). Le but, en collaboration avec d'autres études géophysiques, géochimiques et pétrologiques, est d'utiliser les magmas comme marqueurs géodynamiques des croûtes continentales et océaniques. Cette analyse d’image a aussi été appliquée avec succès aux roches sédimentaires des bassins permiens du Brésil. Le caractère massif de la plupart des diamictites rend les levés stratigraphiques particulièrement difficiles et dans tous les cas aucune linéation n'est visible. Par l'étude de la fabrique des galets en analyse d'images, couplés à l´ASM, nous avons mis en évidence des directions d'écoulement le long des paléopentes. les principales collaboration se font avec :

- L. Arbaret, M. Pichavant, Davis Picard (Orléans) et H. Diot (La Rochelle) pour l'étude de modèles analogiques des déformations des magmas.

- C. Archanjo (Sao Paulo, Brésil) pour la corrélation entre ASM et fabriques de formes de dykes basaltiques

Les programmes d'analyses d'image réalisés pour étudier des Orientations Préférentielles de Formes sont disponibles gratuitement sur la page: OPF

 

 

 

2 Caractérisation des surfaces planétaires

2.1 Télédétection visible-infrarouge expérimentale. La spectrométrie visible-infrarouge peut permettre de retrouver une partie de l'information sur la composition chimique des roches.  Mais pour cela, nous devons d'abord comprendre les phénomènes de mélanges spectraux, de l'échelle du grain à celle de l'échantillon.

2.1.1 Spectrométrie de laboratoire

Ce thème est prioritaire au sein de l'UMR 6112. J'ai obtenu le financement d'un spectromètre visible-infrarouge portable GER3700 en 1996 grâce à un programme régional de recherche sur la production des huîtres via la cartographie et microphytobenthos de la baie de Bourgneuf et via le PNP (CNRS INSU) pour l'étude de la minéralogie martienne. Celui-ci permet d'analyser le spectre de 350 à 2500 nm en 780 canaux. Cet équipement a été complété à la fin de l'année 2004 grâce au PNP par un spectromètre IRTF (du visible à 5 mm) couplé à un microscope IR. Le GER 3700 est remplacé par un ASD depuis décembre 2006 grâce au programme régional MEIGEVille de l'IRSTV. Ce nouveau spectromètre de plus haute sensibilité spectrale possède en plus un système d'éclairage propre qui permet de réaliser des mesures spectrométriques in situ en toute circonstance.

Nous avons engagé plusieurs programmes, sur le traitement du signal lui même avec la thèse de Jean-Philippe Combe, et sur la minéralogie des altérations avec Régis Roy. Cette partie observation à très haute résolution est fondamentale pour l'étude des roches mais aussi pour celle du microphytobenthos dont l'estimation de la biomasse par spectrométrie a été complétée par le travail de thèse de Jean-Philippe Combe à partir des études de terrain et de laboratoire effectuées lors de la thèse de Vona Méléder. C'est grâce à cette validation des méthodes sur Terre, à la faveur de financements au profit du suivi des productions d'huîtres consommatrices des diatomées formant le microphytobenthos, que nous avons pu amélioré la qualité des études d'image OMEGA de Mars. La liste des publications de V. Méléder et J-P. Combe en atteste. Cette démarche se poursuit actuellement avec la thèse de F. Kazemipour sur la modélisation du microphytobenthos.

2.1.2 Spectromètre imageur de laboratoire

L’objectif des recherches entreprises dans le cadre du CPER "Génie civil, environnement et développement durable de la ville" est l’approfondissement des connaissances en génie civil environnemental et en gestion durable de la ville par la poursuite de la structuration des compétences et l’amélioration des moyens d’équipes impliquées dans le Pôle de Compétitivité "Génie Civil" et l'IRSTV. Je suis plus particulièrement responsable de l'action 3 sur l'application de la télédétection au génie civil environnemental et à la gestion durable de la ville. Il s'agit essentiellement de réaliser en laboratoire une plateforme d'acquisition d'images hyperspectrale.

L'imagerie hyperspectrale qui étudie à haute résolution spectrale la forme des spectres de réflexion solaire, permet de reconnaître à distance les états physiques et les compositions chimiques des surfaces. Mais, d'une échelle à l'autre, à petite ou à grande distance, certaines composantes deviennent moins visibles que d'autres. Commun à toutes les disciplines s'appuyant sur la collecte de données à l'échelle d'un territoire, la compréhension des processus de changement d'échelle souffre du manque d'imagerie à des échelles intermédiaires entre celle du pixel de l'image d'un territoire et celle d'un échantillon de laboratoire ou de terrain.

Cette plateforme hyperspectrale est en place au laboratoire depuis le 20 février 2009.

 

2.2 Télédétection géologique.  A grande échelle, les problèmes de mélanges spectraux sont évidents. C'est grâce à l'analyse au laboratoire et sur le terrain, que l'on peut envisager un bon étalonnage des images spatiales. Ce thème fait l'objet de coopérations internationales engagées à Nantes par Christophe Sotin dès 1992 avec le programme AVIRIS à Ronda en Espagne. J'ai développé de nouveaux programmes à partir de 1996, essentiellement sur des thématiques environnementales.

2.2.1 PNTS (INSU)

Ce plan national m'a permis de réaliser plusieurs missions de terrains sur la péridotite de Ronda en Espagne. C'est aussi grâce à ce financement que j'ai pu aussi présenter nos résultats à l'atelier AVIRIS (Airborne Visible InfraRed Imaging Spectrometer) du Jet Proplusion Laboratory de Los Angelès et obtenir de T. Cock de la société Hyvista une aide déterminante avec la programmation d'un vol Hymap en 2000. Le financement du PNTS m'a ensuite permis de compléter les études de spectrométrie sur l'Ophiolite d'Oman en 2005 et 2007. C'est aussi le PNTS qui soutient notre atelier sur l'Hyperspectrale en avril 2007 à Nantes.

2.2.2 ACI "Observation de la Terre" volet : Hypergemme

Ce programme national piloté par Patrick Pinet a pour but de développer les techniques de télédétection sur l'Ophiolite d'Oman pour préparer les futures missions martiennes. Nous y participons pour la l'identification des roches et de leur altération mais aussi pour l'étude de l'impact du relief sur les données hyperspectrales. Une important campagne de terrain a ainsi été menée en 2003, en collaboration avec Patrick Pinet et Georges Ceuleneur,  en appui d'une campagne aéroportée Hymap. Une publication des principaux résultats portant sur la cartographie des faciès de péridotite et leurs différentes étapes de transformation hydrothermale et météoriques a été publiée et une nouvelle, plus complète puisqu'elle identifie directement les faciès de péridotite et gabbro viens de paraître dans le cadre de la thèse de Régis Roy.

2.2.3 ACI "Observation de la Terre" volet : Hypermine (HYPERspectral pour l'environnement MINier)

Dans ce volet piloté par S. Chevrel du BRGM, nous intervenons pour la spectrométrie de terrain dont le but est de suivre la migration des polluants miniers. Ce programme initié avec Véronique Carrère avant qu'elle nous rejoigne à Nantes est arrêté du fait du BRGM à Orléans. Il devrait redémarrer avec le BRGM de Nantes dans le cadre d'une nouvelle coopération avec le LCPC dans le cadre de l'OSUNA.

2.2.4 MEIGEVille (Contrat de recherche de la Région des Pays de la Loire 2007-2011)

Ce programme de l'IRSTV a permis la jouvence de notre spectromètre portable. Nous y intervenons principalement avec Hervé Andrieu du LCPC dans le cadre du Secteur Atelier Pluridisciplinaire (SAP) dont le but est d’assurer un suivi à long terme (4 ans) des flux d’eau (et de polluants) et d’énergie qui participent au bilan hydrique et énergétique d’une zone urbaine. La zone géographique d’étude a été choisie entre Loire et Erdre et un territoire avec recouvrement des bassins des eaux pluviales et des eaux usées a été identifié, correspondant approximativement aux micro-quartiers La Pilotière – Le Pin Sec. Le laboratoire de Planétologie et de Géodynamique interviendra à partir dans la caractérisation de l’occupation des sols urbains et de leur nature à partir d’observations de télédétection hyperspectrale. Deux campagnes aéroportées sont prévues. Le première a eu lieu en août 2008, la seconde en mai 2010.

Ce programme a en fait été initié par la thèse de Régis Roy financée par la Région sur la cartographie comparée des gabbros du muscadet et d'Oman. La partie nantaise est co-pilotée par le SDAOC du Muscadet pour extraire de la carte des sols celle des roches Mère. La partie Omanaise est une prolongation du volet Hypergemme. C'est le travail fait sur la caractérisation des patines de surfaces qui sera utilisée en ville pour suivre des marqueurs de circulation d'eau et de transports de substances polluantes.

2.2.5 Programme franco-marocain VOLUBILIS (2007-2011), Action Intégrée "Cartographie des faciès carbonatés des bassins des Abda-Doukkala et du Haut Atlas Occidental par Télédétection Hyperspectrale"

Ce programme à pour but de développer la télédétection hyperspectrale au Maroc. Les besoins portent essentiellement sur le renouvellement des cartes et sur la prise en compte des états d'altération de surfaces. Ceci constitue un terrain d'entraînement idéal pour la mise en application des toutes les stratégies d'étude mises au point jusqu'à présent. L'application aux carbonates (dolomies et calcaires principalement) n'est qu'une première étape et se justifie par la particularité de la bande spectrale de caractérisation qui est particulièrement étroite mais bien adaptée à la résolution des images aéroportées.

 

2.3 Télédétection martienne.  Je suis intervenu jusqu'ici principalement sur la modélisation d'analogues terrestres, tant à travers la thèse de Jean-Philippe Combe que celle de Régis Roy.

2.3.1 PNP (INSU)

Ce programme a une nouvelle fois été déterminant pour le développement du laboratoire en nous permettant, avec à nouveau la Région des Pays de la Loire, de financer un microscope IRTF couplé à un microscope. Livré fin 2004 ce matériel est indispensable au travail de thèse de Régis Roy dont le but fondamental est de suivre et de documenter la persistance de signatures spectrales caractéristiques des roches fraîches à leur patine eu lieu de se limiter à d'habituel constat (trop rapide) sur l'éclaircissement des surfaces de roches altérées.

Le retour d'échantillons et la constitution d'une bibliothèque synthétique de tous les constituants de surface, comme nous le faisons habituellement (Combe et al. 2005, 2006), ne sont pas envisageables avant longtemps pour Mars. La télédétection martienne se complique donc par le fait qu'aucun contrôle sur le terrain n'est possible, sinon par d'autres méthodes de mesures à distance. Par ailleurs les spectres martiens de réflexion présentent tous une forme relativement plate de 1 à 2,5 mm. La question de l'identification du continuum et de son retrait y est sans doute beaucoup plus fondamentale que sur Terre où les spectres présentent toujours des profondeurs d'absorption bien supérieures. La réalisation de modèles analogues pourrait nous aider, mais aucun jusqu'à présent n'a reproduit de continuums aussi plats. Dans de telles conditions le développement de techniques de quantification même relative des abondances minéralogiques reste fondamental. Nous avons ainsi axé nos développements sur l’élaboration de méthodes d’analyse des mélanges linéaires capables d'identifier les principaux constituants d'une roche. Une librairie de spectres de minéraux purs (couvrant les grandes familles minérales suspectées) a ainsi été constituée en y intégrant un continuum simulé par deux pentes opposées (Combe et al. 2007). L'abondance relative des principaux constituants est alors donnée par la meilleure combinaison linéaire positive de spectres permettant de reproduire les données OMEGA. Grâce à cet algorithme, une bonne cohérence des cartes est observée sur la zone volcanique de Syrtis Major par exemple. Ainsi, malgré la présence systématique de poussière, des états de surfaces très variables et l'atténuation des bandes spectrales caractéristiques des pyroxènes, la prise en compte d'un continuum calculé à partir de deux pentes opposée (dont la combinaison ajuste un continuum indépendant de la minéralogie) Combe et al. (2007, Fig. 2) ont permis de retrouver les zonations en pyroxènes avec une grande finesse.

 

2.4 Télédétection du microphytobenthos.  Pour des raisons de proximité et d'économie régionale, nous avons choisi d'étudier avec Laurent Barillé (Biologie Marine, Nantes) la relation entre la production des huîtres et la production (biomasse) de micro-algues (microphytobenthos) dans la baie de Bourgneuf. Les étendues découvertes à marée basse y sont en effet d'excellents modèles d'étude de la problématique des mélanges spectraux cités précédemment. Depuis ce premier travail soutenu grâce à la thèse de Vona Méléder, notre équipe s'est renforcée par l'arrivée de Véronique Carrère en février 2004. En collaboration avec Nous avons obtenu auprès du programme européen Hysens trois vols au-dessus de la baie de Bourgneuf le 13 août 2002. Ces images hyperspectrales ont donné lieu à une publication de l'évaluation de la biomasse voir Combe et al. 2005.

2.4.1 Programme européen HySens

Avec L. Barillé et V. Carrère, j'ai obtenu de ce programme européen le vol sur la baie de Bourgneuf des instruments DAIS et ROSIS. Les images produites ont été déterminantes pour véritablement valoriser le travail de spectrométrie déjà réalisé par V. Méléder (thèse soutenue le 15/10/2003).

2.4.2 Programme régional GERRICO (Contrat de recherche de la Région des Pays de la Loire 2007-2011)

Ce programme commun du PML et de l'Ifremer a pour but de poursuivre et d'étendre le travail de thèse de Vona Méléder sur le microphytobenthos. Deux campagnes aéroportées sont prévues à l'automne 2007 et au printemps 2008. Parallèlement une nouvelle thèse a débuté sur ce sujet en 2007 avec Farzaneh Kazemipour pour travailler sur la modélisation de la distribution spatiale subpixellaires du microphytobenthos. Le but à long terme est de préparer l'arrivée de satellites hyperspectraux vers 2012 avec lesquels des cartes de biomasses devraient pouvoir être réalisées tous les trimestres puis tous les mois.

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