Hydratation de la surface de Mars à partir des données du rover Curiosity

Hydratation of the Martian surface using MSL Curiosity rover data

• Auteur / Autrice : William Rapin
• Direction : Sylvestre Maurice, Pierre-Yves Meslin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 23/11/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène

Hydratation

Mars (planète) -- Satellites

Mots clés libres

Mars

ChemCam

Hydrogène

Minéraux hydratés

Hydratation

Cratère Gale

Laser-induced breakdown spectroscopy

Résumé

La recherche des phases hydratées à la surface de Mars est essentielle à la compréhension de son passé habitable et des changements climatiques globaux qu'elle a subis. Le rover MSL/Curiosity apporte de nouveaux moyens pour caractériser l'hydratation de la surface. En particulier, la spectroscopie de plasma induite par laser (LIBS) de l'instrument ChemCam mesure la composition élémentaire à distance. Il permet une détection de l'hydrogène par le pic d'émission H Balmer alpha à 656.6 nm. Cependant la quantification de cet élément n'a été que très peu étudiée. Le modèle de qualification de l'instrument ChemCam a été intégré à un banc LIBS afin d'analyser des séries d'échantillons hydratés au laboratoire. A l'exception de quelques échantillons révélant des phénomènes spécifiques à l'hydrogène, ces tests montrent qu'un étalonnage linéaire est obtenu avec la teneur en eau. Sur Mars, dans le cratère Gale, cette calibration révèle l'hydratation de différentes phases : la bassanite (CaSO4 × 0.5H2O) dans les veines remplissant les fractures des roches, les sulfates de magnésium, les sédiments opalifères et argileux découverts in situ. Les mesures d'abondances en eau effectuées jusqu'à présent étaient restreintes à de rares expériences de pyrolyse ; cette étude montre que ChemCam apporte maintenant un nouveau moyen opérationnel pour la mesure de l'hydrogène à la surface, à l'échelle submillimétrique et couvrant un très grand nombre de roches.

The search for hydrated phases lying at the surface of Mars is essential to understand its habitable past and the fate of water on a planet disrupted by global climate changes. The MSL/Curiosity rover provides new tools to characterize surface hydration in situ. Among these, laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed by the ChemCam instrument enables remote measurement of elementary abundance. However, measuring the LIBS emission peak of hydrogen at 656.6 nm (Balmer alpha) to quantify target water content is poorly documented in the literature. Using the instrument replica, large series of hydrated samples have been analyzed in the laboratory under Martian atmospheric conditions. Except for some samples on which effects specific to the hydrogen signal have been observed, these tests show that a linear calibration can be obtained with target water content. On Mars, at Gale crater, this calibration reveals the hydration of different phases: bassanite (CaSO4 × 0.5H2O) in the veins filling the bedrock fractures, magnesium sulfates, opaline and clay rich sediments discovered in situ. Measurement of water content performed to date have been limited to sparse and bulk pyrolysis experiments; this study shows that ChemCam provides a new technique to measurement hydrogen on the surface, at a submillimeter scale and sampling a very large number of rocks.