H2O and S behaviors in martian magmatic system : an experimental and spectroscopic approach

par Chloé Larre

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Nicolas Mangold et de Yann Morizet.

Soutenue le 25-11-2019

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022) , en partenariat avec Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes) (laboratoire) et de Université Bretagne Loire (2016-2019) (COMUE) .

Le président du jury était Olivier Grasset.

Le jury était composé de Violaine Sautter, Bruno Reynard, Sylvestre Maurice.

Les rapporteurs étaient Gaëlle Prouteau, Fleurice Parat.

mots clés

• ...
• Spectroscopie Raman
• Mars (planète) -- Géologie
• Sols -- Minéralogie

Titre traduit

Comportements du S et H2O dans le système magmatique martien : approche expérimentale et spectroscopique

Résumé

La compréhension de la planète Mars est essentielle pour contraindre l’évolution de notre Système Solaire, notamment celle de la Terre. La future mission spatiale Mars 2020 comportera un spectromètre Raman permettant de caractériser la minéralogie de surface sur Mars. A travers des calibrations préétablies, le budget des éléments volatils présents sur Mars peut être déterminé. Quantifier les volatils sur Mars permet de comprendre la formation de son atmosphère primitive ayant maintenue de l’eau liquide à la surface. Ainsi, des analogues à des basaltes martiens ont été synthétisés sous pressions en présence d’H2O et S. Les verres hydratés présentent des espèces hydroxyles à très faibles teneurs en H2O, pouvant entraîner une polymérisation du magma martien. Au contraire, de nouvelles valeurs de teneurs en S sont obtenues et rehaussent celles proposées dans la littérature. Un modèle de solubilité du S applicable aux magmas martiens et terrestres a été réalisé. L’altération de roches volcaniques riches en S, susceptibles d’être présentes sur Mars, entraînent des mélanges de minéraux mafiques avec des sulfates. Une calibration par spectroscopie Raman est réalisée dans des mélanges sulfatés et applicable pour la future mission spatiale. Pour conclure, ces travaux ré-évaluent le budget en S possible dans l’intérieur martien, mais aussi sur la surface. Des études complémentaires sont nécessaires pour comprendre le comportement d’H2O et d’autres éléments volatils dans ces magmas atypiques.

Résumé

The understanding of the planet Mars is required to constrain the Solar System’s evolution, and notably, the Earth’s. The future 2020 Mars mission will include a Raman spectrometer to characterize martian soils and its surficial mineralogy. Through calibrations, volatiles budget can be determined. Quantify volatile species on Mars permits the understanding of the primitive atmosphere formation which have hold liquid water at the surface. Hence, synthetic martian basalts have been realized at high-pressures with H2O and S. Hydrated glasses present Free OH groups at low H2O content, which could lead to a polymerization of the martian melt. On the opposite, martian glasses can dissolve a high S content, higher than previously estimated in the litterature. A new S solubility model is established and can be applied on both terrestrial and martian melt compositions. The weathering of possible S-rich igneous rocks at the surface of Mars leads to the formation of mixtures between mafic minerals and sulfates. A new Raman calibration is proposed on sulfate mixtures to quantify S for the future spatial mission. Consequently, this work re-evaluate the S budget in the martian melts and in the surface. Complentary studies are required to understand the H2O, and other volatiles, behaviors in martian melts.