S´ election des longueurs d’onde

La r´eplique de l’instrument ChemCam et l’instrument de vol poss`edent des r´eponses instru-mentales diff´erentes en raison de leur histoire. En effet, bien que le Mast Unit EQM soit une r´eplique fid`ele, il a subi des tests thermiques, de vibration et de choc qui ont alt´er´e ses performances laser (Ra-pin, 2016). Par ailleurs, les spectrom`etres du Body Unit EM poss`edent des composants parfois diff´erents du mod`ele de vol, et la configuration exp´erimentale (e.g., par la pr´esence de vitres additionnelles et du miroir de repliement pour l’instrument de laboratoire) induisent des diff´erences qui sont visibles sur les spectres. Par cons´equent toute la gamme spectrale des spectres ChemCam n’est pas utilis´ee dans notre mod`ele. Environ 1/4 des longueurs d’onde du spectre est exploit´e. La Figure 4.9.a repr´esente les deux spectres originels des m´et´eorites, pour lesquels ces diff´erences sont bien visibles. Toutes les raies visibles ici devraient correspondre `a des ´emission associ´ees au fer (le nickel ´etant largement minoritaire), si on omet les raies atmosph´eriques li´ees au carbone et `a l’oxyg`ene (en particulier `a 845 nm).

La premi`ere ´etape (Figure 4.9.c) consiste `a retirer les longueurs d’onde sur les bords des 3 spectrom`etres (240-251.45, 340.5-388.09 et 473.2-496.7 nm), car elles pr´esentent les plus grandes varia-tions en terme de fonction de transmission entre les deux instruments (en particulier sur les 200 premiers canaux du spectrom`etre UV). Une ´etape similaire est ´egalement appliqu´ee par le mod`ele MOC (Wiens

et al., 2013; Clegg et al., 2017). Ensuite, la plupart du domaine VNIR est supprim´ee car peu de raies d’´emission appartenant au fer sont pr´esentes dans cette gamme de longueurs d’onde (563.64-905.6 nm). La raie d’hydrog`ene est ainsi exclue du mod`ele, et les diff´erences d’hydratation entre les roches de VRR et nos ´echantillons ne vont alors pas impacter la calibration.

La deuxi`eme ´etape (Figure 4.9.e) consiste `a raffiner notre identification des longueurs d’onde divergentes correspondant aux variations de r´eponse instrumentale ou `a une contamination r´esiduelle par la poussi`ere sur la m´et´eorite Egg Rock. En repr´esentant pour chaque longueur d’onde l’intensit´e de la m´et´eorite “terrestre” en fonction de la m´et´eorite “martienne” (Figure 4.9.d), il est possible de visualiser les points qui s’´ecartent le plus de la tendance g´en´erale, et qui correspondent aux longueurs d’onde `a filtrer. Pour corriger cet effet, nous calculons tout d’abord une r´egression lin´eaire entre les intensit´es mesur´ees sur la m´et´eorite Mont Dieu en fonction des intensit´es obtenues sur la m´et´eorite Egg Rock pour l’ensemble des longueurs d’onde restant du premier filtre. Cette r´egression (a=0.8. et b=-4.26.10⁻7) repr´esente la meilleure relation entre les deux spectres de m´et´eorites. Cette r´egression ne correspond

pas `a une droite 1 :1 car les deux spectres pr´esentent des diff´erences fondamentales d’intensit´es mˆeme normalis´ees, qui pourraient ˆetre li´ees par exemple `a des diff´erences de r´esolution spectrale entre les deux instruments. Ensuite, pour chaque longueur d’onde, nous calculons les diff´erences absolues entre les intensit´es (IM ontDieu - IEggRock) sur toute la gamme spectrale. Puis, le crit`ere (d) nous permet de d´efinir lorsqu’une diff´erence d’intensit´e est trop importante entre les deux spectres. Ce crit`ere (d) est d´efini par la d´eviation m´ediane absolue (MAD) de ces diff´erences. La d´eviation m´ediane absolue s’exprime comme :

M AD=mediane´ (|Xi−m´ediane(X)| (4.1) C’est une mesure robuste de la variabilit´e, plus r´esistante aux valeurs aberrantes que ne l’est la d´eviation standard.

Finalement, pour chaque longueur d’onde (i), si IEgg Rock(i) n’est pas comprise dans l’intervalle a×IM ont Dieu(i)+b±d, avec a et b les param`etres de la r´egression lin´eaire, alors la longueur d’onde (i) est filtr´ee. Plus visuellement, dans la Figure 4.9.d, cela revient `a supprimer les longueurs d’onde s’´ecartant de la r´egression lin´eaire plus ou moins ce crit`ere d.

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A ce stade, nous poss´edons deux spectres m´et´eoritiques relativement identiques. La troisi`eme et derni`ere ´etape consiste `a retirer les longueurs d’onde des ´el´ements chimiques majeurs qui pourraient ˆetre source d’interf´erence avec les raies du fer. En effet, dans le domaine spectral couvert par les spectrom`etres, le fer et le titane par exemple ont un nombre important de raies d’´emission qui parfois se chevauchent (en particulier dans le domaine ultraviolet). Cette interf´erence pourrait provoquer une surestimation de l’abondance en fer pour des cibles enrichies en titane par exemple. L’ajout d’ilm´enite dans nos ´echantillons facilite l’identification des raies associ´ees `a cet ´el´ement. Pour identifier ces raies, nous utilisons l’algorithme JADE sur l’ensemble du jeu de spectres (Joint Approximate Diagonalization of Eigenmatrices; Cardoso et Souloumiac, 1993; Cardoso, 1997). Cet algorithme est ´egalement utilis´e pour d´efinir les composantes ind´ependantes du mod`ele ICA (Forniet al., 2013). `A partir de cette composante ind´ependante Ti, nous supprimons la contribution de cet ´el´ement dans les spectres de m´et´eorites. L’utilisation d’une banque de donn´ees spectrales telle que NIST (National Institute of Standards and Technology; e.g., Ralchenkoet al., 2006) aurait pu ´egalement ˆetre envisag´ee mais les conditions analytiques de ces donn´ees (e.g., pression et composition atmosph´erique) diff`erent des conditions d’utilisation de ChemCam.

Certaines longueurs d’onde correspondant aux ´el´ements Ca et Mg sont ´egalement retir´ees de mani`ere empirique. La liste des longueurs d’onde s´electionn´ees est consultable dans Davidet al. (2020a) (Supplementary material). Au final, `a partir des spectres originaux compos´es de 6144 canaux, ce sont 1592 qui sont s´electionn´es (Figure 4.9.g, h) incluant principalement les domaines spectraux UV et VIS. Bien que le nombre de longueurs d’onde de nos spectres soit consid´erablement r´eduit, cette m´ethode reste une technique multivari´ee, reposant sur une multitude de raies d’´emission li´ees `a notre ´el´ement.

Notre base de calibration inclut ´egalement les spectres acquis au LANL avec la version EM du

Mast Unit et la version EQM duBody Unit (Clegg et al., 2017). Comme la configuration exp´erimentale est l`a encore diff´erente des deux autres instruments (Toulouse et Mars), nous utilisons un troisi`eme spectre de r´ef´erence du fer pour calculer les coefficients de Pearson. Celui-ci correspond `a un spectre d’h´ematite pure car aucune m´et´eorite de fer n’est pr´esente dans la banque de donn´ee du LANL. Ce spectre est trait´e de la mˆeme mani`ere que les composantes fer martienne et de laboratoire (IRAP) d´ecrites pr´ec´edemment. L’´etat d’oxydation est diff´erent entre l’h´ematite (Fe2O3) et une m´et´eorite de fer m´etal (Fe) mais la contribution du signal de l’oxyg`ene est n´egligeable dans les spectres car celui-ci est principalement contrˆol´e par l’oxyg`ene atmosph´erique.

Figure 4.9 – A gauche : Spectres de la m´et´eorite de fer Egg Rock (en bleu) avec ChemCam et de la m´et´eorite Mont Dieu en laboratoire (en rouge), normalis´ee `a l’intensit´e totale. `A droite : Intensit´e par longueur d’onde de la m´et´eorite Egg Rock en fonction des intensit´es de la m´et´eorite Mont Dieu. a) et b) Les spectres correspondent `a l’int´egralit´e du domaine spectral. c) et d) Les longueurs d’onde sur les bords des 3 spectrom`etres sont retir´ees (240-251.45 nm, 340.5-388.09 nm et 473.2-496.7 nm). e) et f) Les longueurs d’onde pr´esentant de trop grandes diff´erences d’intensit´es entre les deux spectres sont retir´ees (voir texte). g) et h) Les longueurs d’onde pouvant ˆetre source d’interf´erence entre les raies du fer et d’autres ´el´ements sont retir´ees empiriquement (eg., Ti, Ca et Mg). Les spectres finaux se composent de 1592 canaux, principalement dans les domaines UV et VIS. Les droites bleues et noires correspondent respectivement aux r´egressions lin´eaires sur les points et `a des droites 1 :1.