La d´ etection des argiles ` a Gale

a un site d’oxydation pr´ef´erentielle du fer. Si les donn´ees min´eralogiques obtenues par le rover lors de la campagne de VRR attestent effectivement de la pr´esence d’h´ematite en abondance, les informations chimiques, en particulier de ChemCam, sont indispensables pour contraindre plus pr´ecis´ement l’origine g´eologique de la ride. Pour cela, il est n´ecessaire de s’int´eresser aux questions suivantes : comment varie l’abondance en fer des roches le long de la stratigraphie, et plus pr´ecis´ement entre les terrains pr´e-VRR et les roches de la ride elle-mˆeme ? Comment les compositions chimiques varient-elles ´egalement `a l’int´erieur de VRR, lat´eralement et avec l’´el´evation ? Est-il possible de d´eterminer d’´eventuels enrichissements en fer, et, le cas ´ech´eant les ´el´ements chimiques qui y sont associ´es, dans le but de caract´eriser la nature de ces phases min´eralogiques riches en fer ?

Dans ces travaux de th`ese, nous tenterons de r´epondre `a ces questions qui nous apporteront des contraintes sur l’environnement g´eochimique associ´ees `a la formation de VRR, et plus particuli`erement sur les conditions redox associ´ees aux fluides.

La m´ethode actuelle de quantification des donn´ees ChemCam est bas´ee sur la comparaison avec une s´erie d’´echantillons (n=408) cens´es ˆetre globalement repr´esentatifs de l’ensemble des compositions pouvant ˆetre observ´ees dans le crat`ere. Cependant, tr`es peu d’´echantillons enrichis en fer, par rapport `

a la teneur moyenne observ´ee dans les roches de surface, sont pr´esents dans cette base de calibration. Par cons´equent, la quantification du fer pourrait ne pas ˆetre optimale et souffrir d’un manque de dyna-mique pour des assemblages de roches s´edimentaires basaltiques enrichies en h´ematite. Afin de pallier ce probl`eme, un nouveau mod`ele de quantification du fer plus ad´equat pour les roches de VRR a ´et´e d´evelopp´e afin de r´epondre sans ambigu¨ıt´es aux questions pr´ec´edentes. Ce mod`ele est fond´e sur l’exten-sion de la base de calibration actuelle de ChemCam par des ´echantillons basaltiques dop´es `a diff´erents niveaux en oxydes de fer, analys´es avec la r´eplique de ChemCam en laboratoire, suivie de la construction d’une courbe d’´etalonnage.

1.5.3 La d´etection des argiles `a Gale

La troisi`eme probl´ematique de ce manuscrit se focalise sur la capacit´e de d´etection des ar-giles par l’instrument ChemCam, et plus particuli`erement des smectites. Identifier et caract´eriser les ar-giles dominantes dans les enregistrements s´edimentaires permettrait d’apporter des contraintes chimiques suppl´ementaires sur ces phases, et ainsi de compl´eter les analyses min´eralogiques faites par CheMin. Une telle m´ethode de d´etection permettrait ´egalement d’´etudier leur distribution spatiale dans les roches s´edimentaires de Gale (ce que permet CheMin de mani`ere tr`es limit´ee) et d’obtenir une v´erit´e terrain `

a confronter aux observations orbitales. Les phases argileuses poss`edent une faible taille de particules, rendant leur identification et leur caract´erisation par LIBS difficiles ; tr`es peu d’´etudes avec ChemCam

ont ´et´e effectu´ees sur cette th´ematique depuis le d´ebut de la mission. Ici, nous voulons tester une m´ethode de d´etection des argiles `a partir des donn´ees de vol de ChemCam qui repose en partie sur l’identification d’enrichissement relatif en aluminium, caract´eristique propre des phyllosilicates identifi´es jusqu’`a pr´esent par CheMin.

M´ethodologie : la technique LIBS et

l’instrument ChemCam

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) est une m´ethode analytique relativement r´ecente. Elle a ´et´e d´evelopp´ee d`es l’invention du laser dans les ann´ees 60, mais la technique n’a connu dans un premier temps que peu de succ`es en raison de sa difficult´e `

a rivaliser avec les autres m´ethodes analytiques plus pr´ecises de l’´epoque (e.g., Radziemski, 2002). Les d´eveloppements technologiques et en particulier celui dans le domaine des lasers a permis dans les ann´ees 80 de cr´eer un regain d’int´erˆet pour la m´ethode. Son potentiel pour l’´etude des surfaces plan´etaires ne sera remarqu´e que plus tardivement, dans les ann´ees 90 (Blacicet al., 1992), et cette id´ee se concr´etisera avec l’instrument ChemCam (Maurice et al., 2012; Wiens et al., 2012), qui est le premier instrument LIBS spatialis´e, et utilis´e sur une autre plan`ete.

La technique LIBS permet de r´ealiser des analyses qualitatives et quantitatives de la com-position chimique ´el´ementaire dans diff´erents milieux (solide, liquide ou gazeux). La m´ethode poss`ede de nombreux avantages par rapport aux autres techniques analytiques plus classiques, qui en font une technique particuli`erement appropri´ee pour l’exploration martienne. Tout d’abord, la r´esolution spatiale de ces instruments permet de d´eterminer des compositions `a une ´echelle submillim´etrique. D’un point de vue g´eologique, cette propri´et´e est int´eressante pour caract´eriser de fines structures telles que des figures diag´en´etiques (e.g., concr´etions, veines), voir des ph´enocristaux. Cette r´esolution d’analyse peut ˆ

etre consid´er´ee comme un inconv´enient car la mesure n’est pas forc´ement repr´esentative de la composition globale de la cible. Cependant, la rapidit´e de la technique permet de s’affranchir de ce biais. Il est possible de r´ealiser des s´eries d’analyses, compos´ees de diff´erents points d’observation, eux-mˆemes constitu´es de plusieurs tirs laser et de s’approcher ainsi d’une composition moyenne. Le nombre important de donn´ees acquises permet ´egalement d’observer des tendances de composition entre ´el´ements chimiques tir-`a-tir, et parfois d’en d´eduire la min´eralogie des phases pr´esentes. La capacit´e de la technique LIBS `a se passer de pr´eparation des ´echantillons (ou de manipulation d´elicate pour un rover, comme le d´eplacement d’un bras), ou encore la possibilit´e de r´ealiser des mesures `a distance sont ´egalement d’importants avantages. Dans le contexte martien, la capacit´e d’ablation de l’instrument (i.e.,∼0.3-0.8µm par tir pour ChemCam dans un basalte ; Wiens et al., 2012) et les ondes de choc associ´ees permettent de souffler la poussi`ere ´

eolienne pr´esente `a la surface des cibles (Graffet al., 2011), dont les autres instruments d’analyse ont

←Image d’illustration : Fenˆetre RWEB (Remote Warm Electronics Box) de ChemCam, d’apr`es l’instrument MAHLI (sol 2865). NASA/JPL-Caltech/MSSS

plus de mal `a s’affranchir. L’ablation permet ´egalement d’´etudier des vernis d’alt´eration sur les roches (Lanza et al., 2015) et autres gradients de composition. Ces avantages font de ChemCam l’un des ins-truments scientifiques les plus utilis´es sur Curiosity. Si le LIBS est une excellente m´ethode qualitative, la quantification des ´el´ements chimiques constituant les cibles reste encore difficile dans les cas de roches naturelles complexes.

2.1 La spectroscopie de plasma induit par laser