Nature et évolution de la surface de Mercure : approche pluridisciplinaire en soutien à la mission spatiale BepiColombo de l'ESA

Nature and evolution of the surface of Mercury : multidisciplinary approach in support of the ESA-BepiColombo space mission

• Auteur / Autrice : Nicolas Bott
• Direction : Alain Doressoundiram, Davide Perna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance le 21/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Sicardy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélie Guilbert-Lepoutre, Susan J. Conway
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David A. Rothery, Bernard Schmitt

Mots clés

Mots clés contrôlés

MESSENGER (sonde spatiale)

Spectroscopie

Observations

Mercure (planète)

Planétologie

Mots clés libres

Planétologie

Mercure

Messenger

Analyse de données

Expériences de laboratoire

Spectroscopie

Planetology

Mercury

Data analysis

Laboratory experiments

Résumé

Bien que proche du Soleil, Mercure possède une surface unique, plus pauvre en fer que la surface de la Lune, mais étonnament riche en éléments volatils. Ces découvertes essentielles de la mission MESSENGER ont soulevé des questions auxquelles tentera de répondre la mission BepiColombo (ESA/JAXA) grâce notamment à l’instrument SIMBIO-SYS qui fournira des images spectrales de la surface de Mercure avec une résolution spatiale 10 à 100 fois plus élevée que celle atteinte par MESSENGER. Parmi ces questions fondamentales figure la composition chimique et minéralogique précise de Mercure. Ma thèse aborde la problématique par une approche pluridisciplinaire. Un premier angle consiste en l’exploitation des données fournies par MESSENGER en cartographiant en couleurs le quadrangle Shakespeare. Mes travaux ont notamment permis de définir 1) des unités spectrales du quadrangle associées à des valeurs bien précises de divers paramètres spectraux, et 2) des régions d’intérêt à analyser et caractériser notamment par le spectro-imageur VIHI (0,4-2,0 μm), une des voies de SIMBIO-SYS. Le deuxième angle consiste en des expériences de laboratoire : chauffage, refroidissement et irradiation d’analogues minéralogiques possibles de la surface de Mercure. Le but est d’anticiper l’arrivée de BepiColombo et de savoir quels sont les effets de ces altérations sur les propriétés spectrales de ces minéraux. Les résultats obtenus de mesures spectroscopiques d’analogues de minéraux herméens soumis aux conditions de la surface de Mercure ont permis de mettre en évidence des variations claires de leurs propriétés spectrales (e.g. position et forme de bandes d’absorption).

Although close to the Sun, Mercury has a unique surface, poorer in iron than the surface of the Moon, but surprisingly rich in volatile elements. These essential discoveries of the MESSENGER mission have raised questions that the BepiColombo mission (ESA/JAXA) will try to answer, thanks in particular to the SIMBIO-SYS instrument, which will provide spectral images of the Mercury surface with a spatial resolution 10 to 100 times higher than that achieved by MESSENGER. Among these fundamental questions is the accurate chemical and mineralogical composition of Mercury. My thesis adresses the problem through a multidisciplinary approach. A first angle consists in using the data provided by MESSENGER to map in color the Shakespeare quadrangle. My work has made it possible to define 1) spectral units of the quadrangle associated with very precise values of various spectral parameters, and 2) regions of interest to be analyzed and characterized notably by the VIHI hyperspectral imager (0.4-2.0 μm), one of the channels of SIMBIO-SYS. The second angle consists of laboratory experiments : heating, cooling and irradiation of possible mineralogical analogues of Mercury’s surface. The aim is to anticipate the arrival of BepiColombo and to know the effects of these alterations on the spectral properties of the minerals. Results obtained from spectroscopic measurements of hermean mineral analogues subjected to Mercury surface conditions have revealed clear variations in their spectral properties (e.g. position and shape of absorption bands).