Investigation of near-infrared signature properties of opaline silica and kaolinite for interpreting their geological origin on Mars

par Maxime Pineau

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et des planètes

Sous la direction de Benjamin Rondeau et de Laëtitia Le Deit.

Soutenue le 05-11-2020

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) .

Le président du jury était Cathy Quantin-Nataf.

Le jury était composé de Nicolas Mangold, Muriel Andreani.

Les rapporteurs étaient Olivier Forni, Sabine Petit.

mots clés

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• Mars (planète) -- Géologie
• Spectroscopie infrarouge proche
• Planétologie
• Opaline
• Kaolinite

Titre traduit

Étude des propriétés proche-infrarouge de la silice opaline et de la kaolinite pour interpréter leur origine géologique sur Mars

Résumé

Les minéraux d’altération sont des objets clefs pour comprendre l’histoire géologique de la surface des corps planétaires. Dans ce travail de thèse, j’ai étudié les propriétés spectroscopiques proche-infrarouge de la silice opaline (e.g. opale) et de la kaolinite dans l’objectif de reconstituer les conditions de surface qui régnaient au début de l’histoire géologique de Mars. L’étude géomorphologique préliminaire des dépôts de silice opaline sur mars a permis de distinguer quatre grands types de gisements : dépôts éoliens, dépôts hydrothermaux, dépôts alluviaux et/ou deltaïques, et dépôts lités. Des critères spectroscopiques, permettant de distinguer opales d’altération continentale et opales hydrothermales, appliqués sur ces détections, montrent que les dépôts éoliens dérivent de dépôts hydrothermaux riches en silice préexistants. Les autres types de dépôts ont des origines d’altération continentale, à l’exception des dépôts hydrothermaux dont la signature spectrale suggère des processus hydrothermaux de basse température. Les propriétés proche-infrarouge de la kaolinite sont des indicateurs de son degré de “cristallinité”. Les kaolinites désordonnées sont exclusivement d’altération continentale alors que les kaolinites bien ordonnées peuvent se former indifféremment par hydrothermalisme ou altération continentale.

Résumé

Alteration minerals are key objects to understand the geological history of the planetary bodies’ surfaces. In this work, I studied the near-infrared spectroscopic properties of opaline silica (e.g. opal) and kaolinite in order to constrain the surface paleoclimatic conditions at the surface of Mars during the past. A preliminary geomorphologic study of opaline silica-bearing deposits on Mars shows four types of deposits : aeolian deposits, hydrothermal deposits, alluvial fan and fan delta deposits, and bedrock. Spectroscopic criteria, distinguishing continental weathering opals and hydrothermal opals, show that aeolian deposits are relicts of hydrothermal deposits. Other deposits are of weathering origin, except hydrothermal deposits that have a spectral signature consistent with low-temperature hydrothermal activity. Near-infrared properties of kaolinite are proxies of its “crystalline degree”. Poorly-ordered kaolinites are exclusively of continental weathering origin while well-ordered kaolinites can form either by hydrothermal activity or continental weathering alteration processes.