Caractérisation des processus d'altération à la surface de Mars primitive par approche expérimentale et télédétection

par Erwin Dehouck

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers, Planétologie

Sous la direction de Nicolas Mangold et de Anne Gaudin.

Soutenue en 2012

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Altération
• Expérimentation
• Sulfates
• Argiles
• Mars (planète)

Résumé

L’enregistrement géologique de Mars a préservé des minéraux indicateurs d’une altération par l’eau liquide active durant plusieurs centaines de millions d’années après la formation de la planète. La reconstitution de ces processus anciens est un enjeu majeur de la planétologie, l’évolution de la Terre primitive étant inaccessible aujourd’hui en raison du renouvellement de la croûte terrestre par la tectonique des plaques, le volcanisme et l’érosion. Cette thèse apporte plusieurs contributions à la compréhension des processus d’altération sur Mars primitive à travers des expériences d’altération sous dioxyde de carbone et l’analyse de données orbitales de spectrométrie visible et procheinfrarouge. Les résultats conduisent à un modèle de formation des sulfates martiens par l’altération combinée de silicates et de sulfures de fer, qui se révèle cohérent avec l’extension spatiale et temporelle limitée des sulfates. De manière concordante, l’étude des minéraux secondaires de la dépression d’Ismenius Cavus illustre que l’altération acide à l’origine des sulfates n’a pas concerné l’ensemble de la planète. Une seconde étude orbitale focalisée sur le plateau de Nili Fossae démontre qu’au moins une partie des argiles martiennes résulte de l’altération météorique. Cette conclusion est appuyée par une expérience d’altération de l’olivine en conditions martiennes simulées confirmant que les minéraux observés dans Nili Fossae et d’autres régions martiennes sont compatibles avec une altération sous une atmosphère de dioxyde de carbone plus dense qu’aujourd’hui, assurant la stabilité de l’eau liquide à la surface de la planète.

Titre traduit

Characterization of weathering processes on the surface of early Mars by experimental approach and remote sensing

Résumé

The geologic record of Mars has preserved some minerals indicating that aqueous alteration occurred during several hundreds of million years after the formation of the planet. The reconstruction of these ancient processes is a major stake of planetary sciences, since the evolution of early Earth is now inaccessible due to the recycling of the terrestrial crust by plate tectonics, volcanism and erosion. This thesis brings several contributions to the understanding of alteration processes on early Mars through alteration experiments under carbon dioxide and through the analysis of visible-and-near-infrared data acquired from orbit. The results lead to a model involving the combined alteration of silicates and iron sulfides to explain the formation of the Martian sulfates, which proved consistent with the limited spatial and temporal extension of sulfates. Consistently, the study of secondary minerals in the Ismenius Cavus depression illustrates that the acidic alteration from which sulfates derive has not affected the entire planet. A second orbital study focused on the western plateau of Nili Fossae shows that at least part of Martian clays has derived from weathering. This conclusion is supported by an experimental alteration of olivine in simulated Martian conditions confirming that the minerals observed in Nili Fossae and other regions of Mars are compatible with an alteration under a carbon dioxide atmosphere denser than today, which would have ensured the stability of liquid water on the surface of the planet.