Contribution de l’instrument ChemCam à la compréhension de la croûte primitive martienne et des mécanismes d’altération de la surface de Mars : quantification LIBS des éléments traces Li, Rb, Sr, Ba et Cu

ChemCam contribution to the understanding of the martian primitive crust and alteration processes occurring on the martian surface : Trace element Li, Rb, Sr, Ba and Cu quantifications using LIBS

• Auteur / Autrice : Valérie Payré
• Direction : Violaine Sautter, Cécile Fabre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 01/12/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Jury : Président / Présidente : Philippe De Donato
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Bousquet, Cathy Quantin-Nataf, Sylvain Bouley
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Bousquet, Cathy Quantin-Nataf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Altération (géologie)

Spectroscopie sur plasma induit par laser

Éléments traces

Lithosphère

Mars (planète) -- Géologie

Mots clés libres

Éléments traces

LIBS

Cratère de Gale

Croûte martienne

Processus d’altération

Trace elements

LIBS

Gale crater

Martian crust

Alteration processes

Résumé

Jusqu’à peu, Mars était vue comme une planète à substrat crustal homogène, dominé par des basaltes à olivine. Les missions in situ ont contribué à bouleverser cette vision si simpliste. Le rover Curiosity qui sillonne le cratère d’impact de Gale formé à l’Hespérien (3.5-3.8 Ga) creusé dans des roches noachiennes (> 3.8 Ga), a ainsi découvert, grâce aux analyses LIBS (‘laser induced breakdown spectroscopy’) de l’instrument ChemCam, des roches ignées alcalines felsiques noachiennes, révélant un magmatisme primitif évolué (Sautter et al., 2016) : ce résultat est en accord avec l’identification récente de clastes ignés felsiques d’âge Noachien observés dans la brèche martienne NWA 7533 et ses paires. Une croûte primitive martienne évoluée de type ‘continentale’ aurait-elle existé ? C’est ce que suggère ce travail de par l’observation orbitale GRS de plusieurs terrains noachiens felsiques enrichis en K et Th et abondants en feldspaths. Par ailleurs, du fait de l’identification de feldspaths peu calciques dans les roches et clastes de Gale et de la brèche, il est envisagé ici que la croûte primitive martienne ait pu se former selon un modèle différent de l’océan de magma défini sur la Lune. De plus, la quantification de Li, Rb, Sr et Ba dans l’ensemble des matériaux ignés de Gale analysés par la LIBS ainsi que leurs concentrations dans les clastes ignés de la brèche, suggèrent l’existence de plusieurs réservoirs magmatiques primitifs. En parallèle, la quantification du Cu à partir des données LIBS effectuée dans cette étude, met en évidence des abondances anormalement élevées dans des roches potassiques de la région de Kimberley. Majoritairement associées à des silicates détritiques ignés, ces phases de cuivre proviendraient d’une source magmatique primitive siliceuse localisée dans le flanc Nord de Gale. Au Noachien, la circulation hydrothermale dans un magma évolué aurait formé un gisement métallifère de cuivre aux alentours du cratère. Finalement, la Terre et Mars sont géologiquement plus proches que jamais

Until recently, Mars was considered as a planet with a homogeneous crust dominated by olivine-rich basalts. This simplistic vision has been largely disrupted especially with results of recent in situ missions. In this way, the Curiosity rover that travels in Gale crater, which formed by impact during the Hesperian period (3.5-3.8 Gyr) within igneous basement rocks dated at 4.2 Gyr, discovered Noachian alkaline igneous rocks (> 3.8 Gyr) using the ChemCam LIBS instrument (‘laser induced breakdown spectroscopy’): this observation along with the recent identification of Noachian igneous felsic clasts within the breccia meteorite NWA 7533 and subsequent paired stones, revealed an evolved primitive magmatic system (Sautter et al., 2016). Would an evolved ‘continental’ primitive crust have ever existed on Mars? This is favored in this work by orbital GRS observations showing several Si-K-Th-rich Noachian terrains displaying abundant feldspars. Besides, the identification of low-Ca feldspars within the clasts of the breccia and Gale rocks, suggests that the primitive martian crust may have formed according to a model that differs from the lunar magma ocean. In addition, the LIBS quantification of Li, Rb, Sr and Ba presented in this work in igneous rocks, along with the distribution of alkali trace elements within the igneous clasts of the breccia, suggests the potential occurrence of several magmatic reservoirs. Concurrently, in the Kimberley formation, copper quantification using LIBS data, reveals anomalously elevated abundances within potassic rocks: these Cu-phases mainly associated with detrital igneous silicates, would come from a primitive felsic igneous source located in the northern rim. During the Noachian period, the hydrothermal circulation within an evolved magmatic chamber favored the formation of a Cu-bearing deposit in Gale vicinity. After all, the Earth and Mars are geologically closer than ever