La croûte lunaire : étude de la composition et de l’organisation de la croûte lunaire avec les données spectroscopiques de l’instrument Moon Mineralogy Mapper

The lunar crust : a study of the lunar crust composition and organisation with spectroscopic data from the Moon Mineralogy Mapper

• Auteur / Autrice : Mélissa Martinot
• Direction : Cathy Quantin-Nataf, Wim van Westrenen, Jessica Flahaut, Sébastien Besse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l’univers
• Date : Soutenance le 07/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Vrije universiteit (Amsterdam)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Allemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kerri Donaldson-Hanna, Rachel Klima, Gareth R. Davies
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Violaine Sautter, Chloé Michaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lune -- Surface

Lune -- Roches

Géologie lunaire

Spectroscopie

Mots clés libres

Spectroscopie

Moon Mineralogy Mapper

Composition de la croûte

Organisation de la croûte

Spectroscopy

Moon Mineralogy Mapper,

Crustal composition

Crustal organisation

Résumé

Au cours des cinquante dernières années, notre niveau de connaissance sur la Lune a fortement évolué. Les progrès en science lunaire sont survenus selon plusieurs phases. La première phase eut lieu pendant les missions Apollo et Luna dans les années 1960 et 1970, avec l’étude des échantillons de roches lunaires rapportées pendant les missions du même nom. La caractérisation pétrologique des échantillons lunaires a fait naître le concept d’Océan de Magma Lunaire, qui est à l’origine de la vue traditionnelle de la croûte et du manteau lunaires. Ce modèle prédit que la croûte lunaire est riche en plagioclase et que sa composition devient plus mafique en profondeur. Il est communément admis que le manteau lunaire est riche en olivine et qu’il contient du pyroxène, conformément au manteau terrestre. La seconde phase de l’exploration lunaire eut lieu dans les années 1990, lorsque des satellites lancés en orbite lunaire collectèrent les premiers jeux de données globaux de télédétection. En raison de leur couverture spatiale globale, les données de télédétection apportèrent une vision complémentaire à celle conférée par l’étude des échantillons lunaires. Pendant la troisième phase de l’exploration lunaire, qui a commencé dans les années 2000 et a toujours cours aujourd’hui, de nouveaux jeux de données ont été collectés par des satellites en orbite autour de la Lune. Les données de télédétection acquises durant ces deux dernières phases ont permis de prendre connaissance de processus complexes encore inconnus et de nuancer l’image initialement simple que les scientifiques se faisaient de la Lune. En effet, l’étude des jeux de données de haute résolution et des données radar a conduit à l’identification d’édifices volcaniques (dômes ; zones de mare irrégulières, dites irregular mare patches ou IMP), et à la découverte sans équivoque de volatils dans les régions ombragées en permanence. Des volatils ont également été découverts dans des échantillons lunaires issus de l’intérieur de la Lune, démontrant ainsi la complexité de l’histoire géologique de la Lune.Durant cette thèse, des cratères d’impact ont été utilisés comme forages naturels de la croûte lunaire. En effet, lors de l’impact, des roches profondes sont excavées et mises à l’affleurement dans le pic central du cratère par rebond élastique. Il est alors possible d’étudier la composition des roches crustales profondes en examinant le pic central d’un cratère à la surface d’une planète. Ici, le pic central de cratères échantillonnant la croûte lunaire a été étudié avec les données spectroscopiques de l’instrument Moon Mineralogy Mapper (Cartographe de la Minéralogie de la Lune, aussi noté M³) à bord de la mission Chandrayaan-1. Ce travail illustre l’utilisation de données de télédétection sur le pic central de cratères, dans l’optique de caractériser l’intérieur peu profond de la Lune. Les données de télédétection peuvent également être utilisées pour aider à cibler des régions à la surface de la Lune dont le retour d’échantillons pourrait donner des indices importants sur l’organisation de la croûte et du manteau supérieur lunaires

Over the past 50 years, our knowledge of the Moon has grown immensely. Progress in lunar science occurred through several phases. The first phase happened in the 1960s and 70s, during the Apollo and Luna missions, with the study of samples returned from the lunar surface. Petrological characterisation of lunar samples sparked the Lunar Magma Ocean concept, from which ensued the traditional view of the lunar crust and mantle organisation: the crust is plagioclase-rich, and its mafic content increases with increasing depth. The lunar mantle is commonly thought to be olivine-rich, like that of the Earth. The second lunar exploration phase happened in the 1990s, when satellites were launched into lunar orbit, collecting the first global remote sensing datasets. Owing to their wide to global coverage, remote sensing brought new insight into lunar science that is complementary to that provided by lunar samples. During the third, current phase of lunar exploration, new datasets were collected by spacecrafts orbiting the Moon between the 2000s and today. The remote sensing datasets acquired during the second and third phases of lunar exploration progressively complicated the initially simple picture that scientists drew from earlier studies. Indeed, high resolution remote sensing images and radar data led to the identification of volcanic features (domes, irregular mare patches), and the unambiguous discovery of volatiles in permanently shadowed regions and in lunar samples originating at depth in the Moon, demonstrating the Moon’s complex geological history. During this PhD, impact craters were used as natural drill holes through the lunar crust to sample material located underneath the surface. During impact, rocks from depth are emplaced in crater central peaks through elastic rebound, making it possible to investigate the composition of the crust at depth. Spectroscopic data from Chandrayaan-1’s Moon Mineralogy Mapper instrument were exploited to gather information on the composition of the crust in those central peaks. This work illustrates the use of remote sensing data on crater central peaks in order to constrain the shallow interior of the Moon. Remote sensing data can also be used to help locate which type of samples would need to be returned in the future from the lunar surface, in order to contribute to further elucidating the organisation of the lunar crust and upper mantle