Préparation des futures missions in situ martiennes via la télédétection et l'expérimentation en spectroscopie de réflectance

Preparation of future Martian in situ missions using remote sensing and experimentation in reflectance spectroscopy

• Auteur / Autrice : Lucia Mandon
• Direction : Cathy Quantin-Nataf, Pierre Beck, Erwin Dehouck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Univers
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de 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 : Muriel Andreani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cathy Quantin-Nataf, Pierre Beck, Olivier Forni, Bernard Schmitt, Thierry Fouchet, François Poulet, Violaine Sautter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Forni, Bernard Schmitt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paragenèse (géologie)

Mars Exploration Rover

Mars (planète) -- Exploration

Spectroscopie de réflectance

Mots clés libres

Mars

Spectroscopie de réflectance

Télédétection

Sites d'atterrissage

Analogues martiens

Rover

Météorites

Mars

Reflectance spectroscopy

Remote sensing

Landing sites

Martian analogs

Rovers

Meteorites

Résumé

L’exploration spatiale de la planète Mars sera marquée dans la prochaine décennie par une étape historique : l’exploration in situ de terrains d’âge noachien, soit faisant partie des plus anciens de la planète. Les sites d’atterrissage sélectionnés, le cratère Jezero et Oxia Planum, présentent depuis l’orbite les traces d’une activité hydrologique ancienne, ainsi qu’un potentiel exobiologique. Les deux rovers envoyés pour explorer ces sites (Perseverance par la NASA, et Rosalind Franklin par l’ESA et Roscosmos), sont équipés des premiers spectromètres de réflectance visible et proche-infrarouge (VNIR) à toucher le sol martien, alors que cette technique de détection est la première utilisée depuis l’orbite pour détecter et cartographier les minéraux en surface. Nos travaux de thèse sont découpés en deux axes : dans un premier temps, une analyse des deux sites d’atterrissage par télédétection a été effectuée, afin d’avancer sur leur caractérisation géologique et minéralogique. Dans un second temps, des roches terrestres analogues aux sites d’atterrissage ont été collectées et analysées à l’aide d’un spectromètre de réflectance dont le faisceau d’analyse est comparable en taille à celui de la voie VNIR du spectromètre SuperCam du rover Perseverance. Notre analyse sur le site d’atterrissage de Perseverance a permis de carter les variations minéralogiques d’une des unités géologiques les plus étendues sur le site, l’unité à olivine et carbonate, de proposer une origine pyroclastique, et d’en dater la mise en place il y a 3,82 +/- 0,07 Ga. Cet âge pourra être utilisé dans l’optique du retour des échantillons collectés par Perseverance, afin de calibrer la chronologie martienne. Là où le site d’atterrissage de Rosalind Franklin apparaît spectralement homogène depuis l’orbite, nous montrons qu’il existe à haute résolution une diversité morphologique, compositionnelle et minéralogique au sein des argiles présentes sur le site, cibles principales de la mission. Au cours de ces travaux de recherche, nous avons produit une base de données spectrale sur des échantillons analysés en laboratoire. Cette base de données inclut le premier panel représentatif de météorites martiennes, des roches terrestres naturelles dont la composition minéralogique a pu être estimée grâce à la diffraction de rayons X, ainsi que des mélanges synthétiques de composition simplifiée et de minéralogie directement transposable à celle estimée sur les sites d’atterrissage. Ces spectres de réflectance pourront être directement et automatiquement comparés à ceux mesurés sur des affleurements rocheux in situ

The exploration of Mars, which began in the 1960s, will soon be marked by a historic turning point, with the in situ investigation of two sites of Noachian age, the most primitive era of Mars. The selected landing sites, Jezero crater and Oxia Planum, exhibit from orbital data evidences for a hydrous past as well as good astrobiological potentials. The two rovers Perseverance and Rosalind Franklin (sent by the American and European-Russian agencies respectively) have a payload which includes the first visible and near-infrared (VNIR) reflectance spectrometers that will be used on the Martian surface, while this technique is the first to be used from orbit to assess and map the mineralogy of Mars. Our thesis is divided into two segments: first, an analysis of the two landing sites using remote sensing data was carried out, in order to characterize their geology and mineralogy. Second, terrestrial rocks similar to those on the landing sites were collected and analyzed using a reflectance spectrometer whose analysis beam is comparable in size to that of the VNIR channel of the SuperCam spectrometer onboard Perseverance. Our analysis on the Perseverance landing site allowed to examine the mineralogical variations of one of the most extensive geological units on the site, the olivine and carbonate unit. We suggest a pyroclastic origin for these deposits and date their emplacement at -3.82 +/- 0.07 Ga. This age will be useful to help calibrate the Martian chronology in the events of the Mars Sample Return mission. While Rosalind Franklin's landing site appears spectrally homogeneous from orbit, we show that there is textural, compositional, and mineralogical diversity at high resolution within the clays present at the site, which are the primary targets of the mission. During this thesis, we have produced a spectral database of samples analyzed in the laboratory. The reflectance spectra can be directly and automatically compared to those that will be measured in situ on rock outcrops. This database includes the first representative panel of Martian meteorites, natural magmatic rocks more or less altered and whose mineralogical compositions have been estimated, as well as synthetic mixtures of simplified composition and mineralogy that are directly comparable to those estimated on the landing sites. The reflectance spectra measured could be directly and automatically compared to future in situ measurements on Martian rock surfaces