Altérations de surface

Une fois les roches magmatiques mises en place à la surface d’un objet planétaire, l’interaction avec l’environnement externe intervient pour les altérer au cours du temps, soit de façon physique, soit de façon chimique ou minéralogique. Cet environnement peut être l’hydrosphère/atmosphère pour un objet avec atmosphère, ou bien directement le milieu interplanétaire pour les objets sans atmosphère. La compréhension des processus d’altération fait donc appel à des notions et connaissances impliquant à la fois le magmatisme et les environnements externes planétaires, deux volets souvent traités à tort séparément.

Circulations des fluides

Sur un corps avec hydrosphère, l’identification des espèces volatiles et la quantification de leur distribution dans l’espace et dans le temps sont des considérations essentielles pour cerner les lieux d’altération chimique et l’origine de certaines caractéristiques morphologiques (par exemple, les terrains chaotiques sur Mars). Notre but d’obtenir une vision intégrée du cycle hydrologique sur Mars, non seulement à l’heure actuelle mais aussi plus tôt dans l’histoire géologique de la planète. 

Pour ce faire, nous associons résultats de l’exploration spatiale et simulations numériques. Par exemple, la spectroscopie neutron précise la distribution d’eau proche de la surface aujourd’hui, la spectroscopie visible-infrarouge met en évidence des produits d’altération sur les terrains anciens, et les observations en infrarouge thermique peuvent mettre en évidence des sources de chaleur magmatique ou des circulations d’air journalières. La rationalisation de ces données, à l’échelle planétaire comme à l’échelle d’un édifice volcanique, nécessite un important travail de modélisation numérique de la circulation des fluides dans un milieu poreux.

À ce propos la compréhension de ces processus passe par l’étude d’analogues terrestres et dans cette optique nous étudions les circulations d’air sur plusieurs volcans et les implications pour les cycles éruptifs (à l’île de la Réunion et au Japon). La caractérisation des relations porosité- perméabilité dans les sols planétaires fait aussi partie de ce travail.

Altérations minéralogiques

Depuis quelques années notre groupe s’intéresse aux interactions eau-roche à la surface des planètes solides, en particulier à la modélisation thermo-cinétique de l’altération martienne. Au cours des prochaines années des dispositifs analytiques embarqués, par exemple sur MSL, vont permettre d’élargir encore plus le champ et la précision des données disponibles.

Au delà de l’arrivée de nouvelles données, nous développons une cellule d’expérimentation reproduisant les conditions vénusiennes (470°C, 100 bars CO2+ traces de N2, SO2, H2O, CO…), un appareil équipé de fenêtres permettant des analyses in-situ par spectroscopie laser (Raman, LIBS). L’idée est de tester la réponse des futurs instruments embarqués et de faire une prospection des réactions chimiques pouvant affecter le sol Vénusien. Le matériel déjà existant à Toulouse permet, en particulier, de faire des mesures de conductivité électrique à 400°C sous 100 bars de CO2 afin d’aider à l’interprétation d’anciennes mesures russes, non exploitées à ce jour. D’autres mesures seront possibles au fur et à mesure du développement de cet outil.

Le rôle des pellicules d’altération sur le comportement spectrophotométrique des grains dans un régolite planétaire est un troisième volet de nos études. Ces pellicules peuvent être générées, par les processus physiques (par exemple, l’érosion), des processus géochimiques (diagenèse et/ou des interactions avec un rayonnement intense). L’imageur spectral est employé pour des études quantitatives documentant ces trois possibilités, l’accent étant mis sur le contexte martien. Ainsi, nous étudierons des surfaces hétérogènes, composées de mélanges de grains basaltiques, partiellement recouvertes de sols et poussières « altérés » (constitués de palagonites ou d’hématite). Nous souhaitons aussi quantifier les conséquences d’un rayonnement UV sur le signal optique des minéraux et sur la cinétique de leur altération chimique. Des expériences sous UV seront conduites en conditions de faible atmosphère, un projet qui nous permettra d’aborder la formation de perchlorates, sujet d’actualité depuis les résultats spectaculaires de la mission Phoenix.

Altération physique par impact

Le phénomène de cratérisation/impact est un processus géologique majeur et commun à l’évolution de toutes les planètes qui débute lors de l’accrétion. Par l’excavation de matériaux profonds, les cratères d’impact permettent d’analyser la composition (minéralogie, chimie, présences d’éléments volatils) des matériaux de subsurface à l’aide de leur morphologie/minéralogie. Nous souhaitons caractériser des objets en 3 dimensions en relation avec les autres aspects de nos études, par exemple la reconstruction de l’histoire géologique grâce aux niveaux d’altération profonds, les variations minéralogiques au sein d’un complexe volcano-magmatique, etc.

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