Curiosity identifie la nature de l’hydratation du sol martien

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Jeudi, 26 septembre 2013

Pendant les 100 premiers jours passés à la surface de Mars, l’instrument ChemCam à bord du rover Curiosity a pu analyser à distance un grand nombre d’échantillons du sol martien, avec une précision spatiale inédite. Ces premières analyses effectuées par des chercheurs de l’IRAP (OMP – Université Toulouse III – Paul Sabatier / CNRS) en collaboration avec les équipes franco-américaines de ChemCam1 ont révélé une grande diversité chimique des grains du sol martien, mais surtout le fait que les grains les plus riches en fer et magnésium sont hydratés. Pour les auteurs, cette hydratation pourrait constituer une partie importante du réservoir d’eau présente à la surface de Mars et observée lors des missions précédentes. L’origine de ce réservoir est l’une des clés de la compréhension de l’évolution du climat martien. Ces travaux sont publiés dans la revue Science du 27 septembre 2013, dans une série de cinq articles dédiés aux premiers résultats de Curiosity.


Images du sol martien avant et après les tirs lasers de ChemCam. 1 : image Mastcam 2 : images RMI ChemCam Crédits : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/IAS/CNRS


La composition chimique, la minéralogie et les propriétés physiques du sol martien sont des indicateurs des processus d’érosion, d’altération et de transport qui ont modifié la surface de la planète au cours des temps géologiques. L'analyse du sol martien permet donc d’étudier l’évolution de l'environnement et du climat de la planète, lui-même étroitement lié à l’évolution du cycle de l’eau dont dépendent les conditions d’habitabilité de la planète. De plus, le bombardement météoritique et l’érosion éolienne ayant également contribué à homogénéiser la composition de la surface, l'analyse des sols permet peut-être d’accéder à la composition moyenne de la croûte de la planète.

Le rover Curiosity, qui arpente le fond du cratère Gale depuis le 6 août 2012, possède à son bord des instruments inédits pour caractériser le sol martien, dont l’instrument ChemCam. Ce spectromètre de plasma induit par laser (Laser Induced Breakdown Spectrometer) couplé à une caméra (Remote Microscopic Imager) permet d’effectuer des analyses d'échelle submillimétrique de la composition chimique du sol martien, et ainsi de révéler de possibles mélanges entre pôles chimiques différents et de déterminer sa genèse.

Au cours des 100 premiers jours de la mission, ChemCam a analysé à distance environ 140 échantillons de sol, le long d’une traverse de près de 400 mètres. Ces analyses révèlent une grande diversité chimique associée à des tailles de grains différentes. Les graviers les plus grossiers (quelques millimètres) sont riches en silicium, aluminium et en alcalins (composition felsiques). Cette première catégorie, à proximité du site d’atterrissage, semble résulter de l’érosion mécanique de conglomérats d’origine fluviatile, vraisemblablement charriés depuis les bords du cratère Gale par la rivière Peace River. Ce type de composition n’avait pas encore été rencontré par les missions orbitales précédentes.


L'instrument ChemCam de Mars Curiosity au travail pour analyser la composition du sol martien. Crédits : NASA/JPL-Caltech


Le deuxième pôle chimique analysé, plus riche en fer et magnésium (composition mafique), est quant à lui associé aux grains de sable les plus fins, que l’on retrouve incorporés dans tous les sols analysés, mais particulièrement dans les formations éoliennes. Les instruments ChemCam et APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer) ont montré que sa composition chimique était proche de celle des sols analysés dans d’autres régions par les rovers Sojourner, Spirit et Opportunity, et proche de la composition de la poussière atmosphérique. Néanmoins, cette composition diffère de celle des roches alentours. Ces résultats suggèrent soit des processus de mélange à l'échelle globale ayant homogénéisé les grains les plus petits du sol martien, soit la prépondérance de régions de composition basaltique similaire.

Par ailleurs, les analyses effectuées par ChemCam ont révélé que cette fraction fine des sols et la poussière atmosphérique étaient hydratées. Curiosity s’est immobilisé plusieurs semaines pour analyser plus finement une petite dune de sable appelée Rocknest sand shadow. Cette étape a été l’occasion d'utiliser les capacités d'analyse des deux instruments CheMin (diffraction X) et SAM (Sample Analysis on Mars, mesure des composés volatiles organiques et inorganiques). Leurs analyses combinées indiquent que l’hydratation du sol fin est associée à une phase amorphe, et non pas à des phases cristallines hydratées. La similarité chimique entre ces échantillons et ceux analysés en d’autres endroits de la planète permet probablement d’extrapoler les résultats obtenus par Curiosity à une échelle plus globale. Ainsi, les variations de la teneur en hydrogène de la surface de Mars, mesurée depuis l’orbite pas la sonde Mars Odyssey, pourraient s’expliquer par des proportions différentes de ce type de sol et de cette phase  hydratée.

Enfin, les analyses réalisées par ChemCam suggèrent que les échanges diurnes de vapeur d’eau avec l’atmosphère sont limités.

Les mesures effectuées par ChemCam, couplées aux analyses des autres instruments de Curiosity, permettent donc de mieux comprendre la diversité chimique du sol martien, son hydratation, et sa relation avec le contexte géologique du cratère Gale et de Mars dans sa globalité.

Note(s): 
  1. Liste des laboratoires français partis prenants dans le projet Mars Curiosity (via les instruments ChemCam et SAM). Le CNES, l'agence spatiale française assure la maîtrise d'ouvrage de la contribution française à Curiosity. Scientifiques et ingénieurs pilotent ensemble ChemCam et SAM, en particulier depuis un centre de mission basé au centre du CNES à Toulouse, le FIMOC.
  • Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier)
  • Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Université Pierre et Marie Curie, IPSL)
  • Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (CNRS/Université Paris-Est Créteil/Université Paris Diderot, IPSL)
  • Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA)
  • GéoRessources (CNRS/Université de Lorraine, Nancy)
  • Géosciences Environnement Toulouse (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier, CNES, Institut de Recherche pour le Développement)
  • Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS/Université Paris Sud, Orsay)
  • Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Universités de Paris-Diderot, Paris)
  • Institut des Sciences de la Terre (CNRS/Universités de Savoie/Université Joseph Fourier, Institut de Recherche pour le Développement, Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux, Grenoble)
  • Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux1)
  • Laboratoire de Géologie de Lyon, Terre, Planètes, Environnement (CNRS/Université Claude Bernard, ENS Lyon)
  • Laboratoire de Planétologie et de Géodynamique de Nantes (CNRS/Université de Nantes, Nantes)
  • Laboratoire de Minéralogie et Cosmochimie du Muséum (CNRS, Muséum National d'Histoire Naturelle)
Source(s): 

Soil Diversity and Hydration as Observed by ChemCam at Gale Crater, Mars, P.-Y. Meslin et al., Science, Vol. 341, http://dx.doi.org/10.1126/science.1238670

La collection des cinq articles sur le site Science : http://www.sciencemag.org/site/extra/curiosity/index.xhtml

 

Contact(s):
  • Pierre-Yves Meslin, IRAP-OMP (CNRS/Université Paul Sabatier-Toulouse III)
    pierre-yves [dot] meslin [at] irap [dot] omp [dot] eu, 05 61 55 66 72
  • Olivier Gasnault, IRAP-OMP (CNRS/Université Paul Sabatier-Toulouse III)
    olivier [dot] gasnault [at] irap [dot] omp [dot] eu, 05 61 55 75 53

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