Minéralogie de Valles Marineris (Mars) par imagerie hyperspectrale : histoire magmatique et sédimentaire de la région

Remote sensing survey of the mineralogy of Valles Marineris : insights into the magmatic and sedimentary processes on Mars

• Auteur / Autrice : Jessica Flahaut
• Direction : Pascal Allemand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 04/11/2011
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Janne Blichert-Toft
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Allemand, Janne Blichert-Toft, Sylvain Douté, Nicolas Mangold, John F. Mustard, Cathy Quantin-Nataf, Pierre Thomas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvain Douté, Nicolas Mangold

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dykes

Minéralogie

Mars (planète)

Mots clés libres

Valles Marineris

Croûte primitive

Altération

Dépôts sédimentaires

Mars

Crust

Alteration

Sedimentary deposits

Mineralogy

Remote sensing

Dikes

Résumé

Les processus internes et externes qui ont formé et structuré la croûte de la planète Mars au début de son histoire sont actuellement mal connus. Le canyon de Valles Marineris représente la plus grande coupe naturelle à la surface de Mars, où affleure la croûte moyenne et supérieure. L'étude de cette région clé a été abordée minéralogiquement et morphologiquement à partir de données hyperspectrales CRISM, et des images à haute résolution HiRISE de la mission MRO (NASA, 2006). La base du canyon est constituée de roches massives, fracturées, à fort albédo, riches en pyroxènes pauvres en calcium, pénétrées par des dikes verticaux riches en olivine. Ces roches sont interprétées comme des affleurements de croûte primitive, préservée et exposée dans son contexte originel. Les plateaux bordant le canyon sont couverts d’une formation de 100m d’épaisseur d’argiles ferromagnésiennes, recouvertes d’argiles alumineuses. Cette formation géologique visible sur plus de 106km2 traduit un niveau d’altération de la croûte sous un climat humide. Enfin, les dépôts stratifiés centraux de la région de Capri Chasma, d'épaisseur plurikilométrique, sont riches en sulfates monohydratés et polyhydratés, corrélés à des groupes de strates distincts. Ces sédiments se sont déposés durant l’Hespérien et ont ensuite été érodés par des processus fluviatiles. Ces résultats permettent de reconstituer la succession d’événements suivants : I) formation de la croûte primitive témoin d’un océan magmatique primitif, II) recouvrement de cette croûte primitive par un empilement volcanique, III) Altération de surface à grand échelle, IV) Ouverture du canyon de Valles Marineris, V) dépôts et érosion de niveaux stratifiés riches en sulfates.

Valles Marineris is a unique vertical section through the uppermost kilometers of the martian crust; its location, east of Tharsis bulge, and its water-related history suggest a great diversity of rock types in this area. High resolution morphologic (HiRISE) and mineralogic (CRISM) data from the MRO mission (NASA, 2006) available over the area were investigated. A typical succession of horizontal units of distinct morphologies and mineralogies was observed in the Eastern part of Valles Marineris, including basaltic lavas, phyllosilicate-rich boulders and a LCP (Low-Calcium Pyroxene)-rich basement. This basement, interpreted as being a uniquely preserved outcrop of pristine Noachian crust, is intruded by olivine-rich dikes, which are valuable witnesses of early magmatic and tectonic processes. A thin light-toned formation, enriched in Fe/Mg smectites at its base, and Al-phyllosilicates at its top, is draping the Noachian plateaus around the canyons. This widespread unit could have formed by alteration under a wet climate, and is akin to pedogenesis. Finally, kilometer-thick layered deposits that are filling most of the canyons were analyzed in the area of Capri Chasma, at the outlet of Valles Marineris. These Hesperian-aged deposits are enriched in monyhydrated and polyhydrated sulfates and appear to have been eroded by younger fluvial processes. Both spectral types are associated with different units of distinct morphologies, at different elevations. All these observations were combined to propose the following succession of events: I- Formation of the pristine crust by crystallization in a magma ocean, II- Piling of lava flows on the top of this crust and dike activity, III- Widespread surficial alteration, IV- Opening of Valles Marineris, V- deposition and erosion of the sulfate-rich layered deposits.