Etude de l'altération de la surface de Mars par imagerie hyperspectrale : minéralogie des régions de Noctis Labyrinthus et Valles Marineris

par Patrick Thollot

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

Sous la direction de Nicolas Mangold et de Stéphane Le Mouëlic.

Soutenue en 2013

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) .

Le président du jury était Jean-Pierre Bibring.

Le jury était composé de Nicolas Mangold, Stéphane Le Mouëlic, Jean-Pierre Bibring, Patrick Pinet, Cathy Quantin-Nataf.

Les rapporteurs étaient Patrick Pinet, Cathy Quantin-Nataf.

mots clés

• Valles Marineris
• Noctis Labyrinthus
• Environnements hydrothermaux
• Argiles
• Imagerie hyperspectrale
• Mars (planète)
• Sulfates
• Altérites

Résumé

Des minéraux d’altération préservés sur Mars dans les terrains anciens semblent indiquer des environnements où l’eau liquide était relativement pérenne il y a 3,5 à 4 milliards d’années. Cependant, la nature exacte de ces environnements fait encore débat, notamment pour les plus primitifs. L’eau liquide était-elle stable en surface partout ou s’agissait-il souvent d’environnements hydrothermaux profonds ? En raison de modifications ultérieures des terrains altérés, la reconnaissance des contextes géologiques pose problème. Des minéraux d’altération ont récemment été détectés dans les terrains relativement récents de la province magmatique de Tharsis, dans la région de Noctis Labyrinthus, qui montrent une morphologie relativement préservée. L’analyse croisée de la morphologie, de la minéralogie et du contexte géologique de ces affleurements à l’échelle locale nous conduit à proposer un scénario d’altération hydrothermale, également applicable à l’échelle régionale, et nous permet de dégager des associations minéralogiques potentiellement caractéristiques, sur Mars, de ce type d’environnement. D’origine également incertaine, les sulfates des dépôts stratifiés de Valles Marineris font l’objet d’une autre contribution de cette thèse. Nous avons d’une part réalisé une cartographie mise à jour de ces sulfates grâce aux données OMEGA et d’autre part estimé leur abondance, via une approche empirique se basant sur l’acquisition au laboratoire de spectres de mélanges intimes de matériaux purs en proportions contrôlées. Le bilan de masse que nous en tirons se montre compatible avec une altération hydrothermale, et la méthode ouvre des perspectives pour des études ultérieures.

Titre traduit

Study of the alteration of the surface of Mars from hyperspectral imaging : mineralogy of Noctis Labyrinthus and Valles Marineris regions

Résumé

Alteration minerals preserved on Mars in ancient terrains seem to indicate environments where liquid water was relatively perennial 3. 5 to 4 billion years ago. However the exact nature of these environments is still debated, notably for the most primitive. Was liquid water stable globally at the surface or were deeper hydrothermal settings often involved ? Because of subsequent modifications of altered terrains, the recognition of exact geological settings is impeded. Alteration minerals were recently detected in the relatively recent terrains of Tharsis magmatic province, in the region of Noctis Labyrinthus, terrains which show fairly well preserved morphological features. The parallel analysis of the morphology, mineralogy and geological context of these outcrops at the local scale lead us to propose a scenario based on hydrothermal alteration, which is also relevant at the regional scale, and allows us to recognize mineralogical associations that may be distinctive, on Mars, of such environments. Also equivocal, the origin of sulfates found in the layered deposits of Valles Marineris was also considered in this thesis. On one hand we built an updated map of these sulfates using OMEGA data and on another hand we estimated their abundance using an empirical approach: we took laboratory spectra of intimate mixtures of pure materials in various, controlled, relative amounts. While the resulting estimate of sulfur mass balance in itself is consistent with hydrothermal alteration, this approach also opens interesting possibilities for future studies.