Study of the geochemical diversity of the surface of Mars, based on X-ray spectrometry data from the Mars Exploration Rover mission; Modelling of the alteration of Martian rocks
Etude de la diversité géochimique de la surface de Mars, à partir des données de spectrométrie X de la mission Mars Exploration Rover ; Modélisation de l'altération des roches martiennes
Résumé
Since 2004, the twin rovers Spirit and Opportunity of the MER (Mars Exploration Rover) mission have been investigating their respective landing sites at Gusev Crater and Meridiani Planum. This PhD thesis deals with the analysis and the interpretation of the data from the APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer) instrument located on the robotic arm of each rover and whose role is to determine the chemical composition of Martian rocks and soils by X-ray spectrometry. Thanks to their extraordinary longevity, Spirit and Opportunity have been able to reach distances several km from their initial landing sites and the APXS instruments have analyzed numerous samples, yielding clues about the role that water could have played in the Martian past. In a first time, I chose to investigate this diversity of samples thanks to a multidimensional analysis technique. This allowed me to perform a classification of samples and to highlight the petrogenetic relationships between rocks and soils from Gusev and Meridiani. I will present the main results obtained with this method and their connections with the spatial and stratigraphic organisation of the samples. Then I will show how these results led me to explore a numerical geochemical model of SO3 acid fog alteration of Martian basalts. I will describe the hypotheses of this model before comparing its results with MER data. We will finally see what are the implications about the geology of the sites of Gusev and Meridiani, and more generally about the geological history of Mars and the conditions that prevailed at its surface in the past.
Depuis 2004, les rovers Spirit et Opportunity de la mission MER (Mars Exploration Rover) explorent leurs sites d'atterrissage respectifs, le cratère Gusev et les plaines de Meridiani. Ces travaux de thèse portent sur l'analyse et l'interprétation des données de l'instrument APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer), situé au bout du bras articulé de chacun des rovers, dont le rôle est de déterminer la composition chimique des roches et des sols martiens par spectrométrie X. Grâce à leur surprenante longévité, Spirit et Opportunity ont pu s'éloigner à plusieurs km de leurs lieux d'atterrissage initiaux et les APXS ont analysé de nombreux échantillons fournissant des indices sur le rôle que l'eau a pu jouer dans le passé martien. J'ai d'abord choisi d'étudier cette diversité d'échantillons à l'aide d'une approche d'analyse multidimensionnelle. Ceci m'a permis de réaliser une classification des échantillons et de mettre en évidence les relations pétrogénétiques entre les roches et les sols de Gusev et Meridiani. Je présenterai les principaux résultats obtenus grâce à cette méthode ainsi que leur lien avec l'organisation spatiale et stratigraphique des échantillons. Je montrerai ensuite comment ces résultats m'ont incité à tester un modèle géochimique numérique d'altération de basalte martien par un brouillard acide de SO3. Je décrirai les hypothèses de ce modèle avant d'en comparer les résultats avec les données MER. Nous verrons enfin quelles en sont les implications, au niveau de la géologie des sites de Gusev et Meridiani et plus généralement vis-à-vis de l'histoire géologique de Mars et des conditions qui ont prévalu à sa surface dans le passé.