Complexité minéralogique et nombre de gaussiennes

4.3.2.1 Spectres acquis en laboratoire

Le MGM fonctionne en superposant un ensemble de gaussiennes au continuum précédemment choisi. Comme le modèle prend en compte directement les processus de transitions électroniques, le nombre de gaussiennes utilisées pour une déconvolution est conditionné par le nombre d’absorptions présentes dans le spectre. Cette thèse est orientée vers la détection quantitative des minéraux mafiques et, en conséquence, seules les absorptions associées à ces minéraux seront recherchées. Dans la suite de ce travail, les gaussiennes seront nommées en fonction de la position d’initialisation de leurs centres. A titre d’exemple, la gaussienne qui modélise l’absorption du clinopyroxène entre 980 et 1050 nm sera nommée gaussienne ”1000 ”.

Comme cela a été expliqué dans la partie 3.3.2.1 page 54, l’olivine est responsable de la présence de trois absorptions sur le spectre. Trois gaussiennes sont donc requises pour obtenir une déconvolution correcte. Pour chacun des pyroxènes, deux gaussiennes associées respectivement aux domaines à 1 et 2 µm sont nécessaires. Une gaussienne supplémentaire, centrée à 650 nm, doit être ajoutée car les spectres peuvent présenter une légère absorption, notamment pour les compositions chimiques proches du diopside. Enfin, une gaussienne de faible profondeur, centrée autour de 1200 nm, est également ajoutée afin que la déconvolution donne des résultats physiquement réalistes (Sunshine et Pieters, 1993; Noble et al., 2006; Klima et al., 2007).

Fig. 4.7 – Exemple de l’effet induit par la présence ou l’absence d’une gaussienne centrée à 450 nm sur la forme du continuum. Le spectre utilisé ici est un spectre OMEGA/MEx, pris sur l’édifice volcanique de Syrtis Major, avec une configuration du MGM dédiée au clinopyroxène. A gauche, dans le cas où la gaussienne ”450” est absente, le continuum montre une courbure extrême aberrante et les autres gaussiennes ne sont alors plus du tout représentatives de la minéralogie. A l’inverse, l’introduction de la gaussienne ”450” conduit à l’établissement d’un continuum qui reflète bien le comportement général du spectre, sur lequel les gaussiennes décrivant les bandes d’absorption vont pouvoir se caler de façon réaliste.

A ces gaussiennes dites ”minéralogiques”, une gaussienne centrée à 450 nm est rajoutée. Celle-ci est utilisée pour modéliser l’absorption large plus ou moins importante existant aux courtes longueurs d’onde. Elle permet ainsi d’éviter un bombement anormal du continuum dans le cas de roches na- turelles. Un exemple de ce type de situation est donné dans la figure 4.7. Pour une roche composée d’un seul minéral, le nombre total de gaussiennes nécessaires est donc de quatre pour une olivine ou

4.3 Choix des différents paramètres d’initialisation

Ol Opx Cpx Ol-Opx Ol-Cpx Opx-Cpx Ol-Cpx-Opx

450 X X X X X X X 650 X X X X X X 850 X X X X 900 X X X X 1000 X X X X 1050 X X X X 1200 X X X 1250 X X X X 1800 X X X X 2150 X X X X Nb. total de gaussiennes 4 5 5 7 7 7 9

Tab. 4.2 – Gaussiennes présentes dans les différentes configurations dans le cas de spectres acquis en laboratoire, avec Ol pour olivine, Opx pour orthopyroxène et Cpx pour clinopyroxènes. Les gaussiennes utilisées sont dénommées par la position de leurs centres en nanomètres.

un orthopyroxène et cinq pour un clinopyroxène. Un ensemble de gaussiennes caractéristiques d’une minéralogie donnée sera appelé par la suite ”configuration” (e.g. configuration olivine, configuration olivine avec orthopyroxène, ...)

Dans le cas de mélanges, les gaussiennes associées à chacun des minéraux présents sont utilisées. Ainsi, pour une roche composée d’orthopyroxène et de clinopyroxène, quatre gaussiennes sont néces- saires pour modéliser les absorptions : deux se situent dans le domaine à 1 µm et deux dans le domaine à 2 µm. En ce qui concerne les gaussiennes qui ne sont pas liées aux transitions électroniques, elles ne se superposent pas et il n’est donc pas nécessaire de les ajouter pour chacun des pyroxènes. Il n’y a alors qu’une seule gaussienne centrée à 450 nm, une deuxième centrée autour de 650 nm et enfin, une dernière centrée à 1200 nm. Le nombre total de gaussiennes pour une configuration orthopyroxène-clinopyroxène est donc de sept.

Pour une configuration correspondant à un mélange entre une olivine et un pyroxène (olivine- orthopyroxène ou olivine-clinopyroxène), les trois gaussiennes de l’olivine et les deux du pyroxène sont utilisées, tout comme la gaussienne du pyroxène centrée à 650 nm. De nouveau, seule une gaussienne est conservée autour de 450 nm. Il faut toutefois noter que l’olivine présente une absorption très marquée autour de 1250 nm. L’absorption autour de 1200 nm du pyroxène, même si elle est toujours présente, va en conséquence être complètement masquée. Elle ne sera donc pas utilisée dans ce genre de configuration. Le nombre total de gaussiennes est donc de sept dans les deux cas.

Dans le cas le plus complexe, pour une configuration correspondant à un mélange olivine-orthopyroxène- clinopyroxène, toutes les gaussiennes sont utilisées, sauf celle centrée à 1200 nm qui est supprimée pour les raisons précédemment décrites. Le nombre total de gaussiennes est alors de neuf. L’ensemble des gaussiennes utilisées dans chacune des configurations possibles est repris dans le tableau 4.2.

4.3.2.2 Spectres de roches naturelles

Dans le cas de roches naturelles, l’atmosphère et l’altération des minéraux primaires vont modifier le spectre. Nous avons vu dans la partie 3.3.2.2 page 57 que l’ion hydroxyle peut engendrer une absorption autour de 2300 nm. L’altération de l’olivine produit de la serpentine qui contient ce radical (OH). De ce fait, lorsque les roches sont altérées, les spectres peuvent montrer une bande d’absorption profonde et large dans cette gamme de longueur d’onde. Elle est particulièrement visible sur la figure 4.8. Pour minimiser son impact lors de la déconvolution, nous avons choisi d’utiliser une gaussienne

Fig. 4.8 – Spectre de dunite acquis sur le terrain (Oman). Les variations spectrales dues à l’atmosphère, autour de 1400 et 1900 nm, sont très irrégulières (pointillés) et les canaux sont donc supprimés sur le spectre final (trait rouge). L’absorption profonde due à l’altération des minéraux primaires en serpentine est aussi bien visible autour de 2300 nm.

supplémentaire centrée à 2320 nm. Même si cette forme mathématique n’est pas la plus adaptée, elle permet de prendre en compte globalement la diminution de la réflectance aux plus hautes longueurs d’onde.

Les vibrations moléculaires de l’eau dans l’atmosphère terrestre jouent aussi un rôle important. La figure 4.8 montre les variations aléatoires du spectre autour de 1400 et 1900 nm (pointillés) lorsque celui-ci n’est pas corrigé. Sur les spectres de terrain, les canaux affectés sont simplement supprimés avant le traitement. Le spectre peut alors présenter une diminution artificielle de la réflectance, celle-ci étant dépendante des valeurs du premier et du dernier canal supprimés. De même, sur les spectres Hy- Map, il est fréquent qu’un canal ait une valeur de réflectance beaucoup plus faible malgré la correction

Ol Opx Cpx Ol-Opx Ol-Cpx Opx-Cpx Ol-Cpx-Opx

450 X X X X X X X 650 X X X X X X X 850 X X X X 900 X X X X 1000 X X X X 1050 X X X X 1200 X X X 1250 X X X X 1410 X X X X X X X 1950 X X X X X X X 1800 X X X X 2150 X X X X 2320 X X X X X X X Nb. total de gaussiennes 8 8 8 10 10 10 12

Tab. 4.3 – Gaussiennes utilisées dans les différentes configurations dans le cas de spectres de roches naturelles acquis sur le terrain ou à distance. Les gaussiennes sont dénommées par la position de leur centre en nanomètres. Par rapport au tableau 4.2, les gaussiennes centrées à 1410, 1950 et 2320 nm ont été rajoutées (voir texte).

4.3 Choix des différents paramètres d’initialisation

atmosphérique, ce qui fait apparaître un creux artificiel profond et étroit sur le spectre. Afin de prendre en compte ces effets, nous rajoutons deux gaussiennes aux configurations décrites précédemment. Elles sont centrées respectivement à 1410 et 1950 nm, la où les fenêtres atmosphériques sont les plus im- portantes. Le CO2 présentant aussi des absorptions à ces longueurs d’ondes, les gaussiennes seront

aussi utilisées sur les spectres OMEGA afin de tenir compte des variations résiduelles après correction atmosphérique qui peuvent être indicatives de l’hydratation des minéraux (Milliken et Mustard, 2005, 2007; Poulet et al., 2005).

Enfin, il est à noter que, dans certains cas, la gaussienne centrée à 650 nm peut aussi modéliser les absorptions causées par la présence d’oxydes de fer. Elle sera donc utilisée dans toutes les configurations, y compris celle contenant seulement de l’olivine. L’ensemble des gaussiennes utilisées dans chacune des configurations possibles est repris dans le tableau 4.3.