Curiosity analyse les roches sédimentaires de Mars

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Lundi, 9 décembre 2013

Curiosity, le véhicule martien de la NASA, après son atterrissage en août 2012 dans le cratère d’impact Gale, s’est dirigé vers une petite dépression, à 500m de là environ, baptisée « Yellowknife Bay ». Cette zone intéresse au plus haut point les chercheurs, car celle-ci semble héberger des dépôts fluvio-lacustres. Les équipes internationales, auxquelles participent les chercheurs français, en collaboration avec le CNES1, viennent d’étudier en détail les premiers échantillons prélevés de ces roches sédimentaires. Les analyses de ces roches révèlent un environnement martien ancien distinct de l’environnement actuel et peut-être plus proche de celui de la Terre d’il y a plus de 3 milliards d’années. Ces travaux font l’objet de quatre publications qui paraissent cette semaine dans la revue Science2.


Photo de l’environnement de travail du rover Curiosity. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS

I - Un environnement fluvio-lacustre habitable observé à Yellowknife Bay, Gale crater, MarsA

Le rover Curiosity a observé des roches sédimentaires dont la finesse des grains indique qu'elles se sont jadis déposées au fond d'un lac du cratère Gale. Cet environnement de dépôt aurait pu subvenir à une éventuelle vie primitive présente à la surface en raison de conditions chimiques favorables telles qu'un pH neutre, une faible salinité et une oxydo-réduction variable du fer et du soufre. Les éléments clefs constituant les organismes vivants que sont le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, le soufre, l'azote et le phosphore ont, de plus, été détectés dans ces sédiments par le rover. Les conditions favorables pourraient avoir perduré de quelques centaines à quelques dizaines de milliers d'années, mettant en évidence l'intérêt du contexte fluvio-sédimentaire observé par Curiosity.

 

II - Géochimie élémentaire des roches sédimentaires de Yellowknife Bay, Gale crater, MarsB

Les sédiments fluvio-lacustres analysés proviennent de l'érosion de roches magmatiques, de composition proche de la croûte martienne moyenne, qui étaient présentes sur les remparts du cratère Gale. Les sédiments lacustres fins, à la base de la série, ne contiennent pas de signes d'altération prononcés, indiquant un contexte de dépôt aride, peut-être en condition froide. L'absence de variations chimiques suggère que la magnétite et les minéraux argileux  identifiés par l'instrument CheMin [cf. article Vaniman et al., ci dessous], et qui signent une altération notable, se sont formés après le dépôt des sédiments, par des circulations de fluides de pH relativement neutre. Une seconde phase d’altération a par la suite donné lieu à de nombreuses structures comme des veines claires, des rides en relief et des nodules, analysés par ChemCam, révélant respectivement des compositions de type sulfates de calcium (comme le gypse) et des enrichissements en magnésium et chlore.  Ainsi, la géochimie de Yellowknife Bay révèle une histoire complexe depuis le dépôt des sédiments jusqu'à leur modification par des fluides pendant leur enfouissement (diagenèse).


Forages du sol martien par Curiosity. On notera la couleur grisâtre des roches sédimentaires, preuve d’une non-oxydation de celles-ci dans un passé lointain. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS

III - Composition minéralogique des roches forées à Yellowknife BayC

Les sédiments forés par Curiosity ont été analysés par l’instrument CheMin qui a effectué une analyse de diffraction aux rayons X révélant la minéralogie des dépôts. Ceux-ci présentent une diversité importante avec des minéraux typiques des roches basaltiques habituels (feldspaths, pyroxènes, olivine) mais aussi des sulfures de fer, des sulfates de calcium, des minéraux argileux (de type smectite) et des phases amorphes. La faible quantité d’olivine par comparaison aux sédiments environnants suggère une transformation in situ de l’olivine en smectite et magnétite pendant la diagénèse précoce des sédiments.


De gauche à droite, photos de la foreuse de Curiosity par la caméra de ChemCam et du bac d’analyse de SAM par la caméra MastCam.      Crédits : IAS/CNRS/NASA/JPL-Caltech/MSSS/ChemCam/LANL/IRAP/CNRS/LPGNantes

IV - Composition organique et volatile des roches sédimentaires de Yellowknife BayD

A Yellowknife Bay, les forages (profondeur 6,4 cm) de l’unité stratigraphique sédimentaire a permit de prélever des roches non altérée présentant des dépôts de sulfate de calcium (CaSO4) provenant de précipitation d’une phase liquide riche en sels.
Le forage de ces roches rougeâtres a fait apparaître une poudre grise verdâtre, témoin d’une absence d’oxydation en profondeur. La chauffe des échantillons par l’instrument SAM (Sample Analysis at Mars) a produit de l'eau en deux phases. La première est attribuable au dégagement de l’eau adsorbée lors de la déshydratation de minéraux (tels que la bassanite CaSO4(H2O)0.5). La seconde, à température plus élevée, provient en grande partie de la déshydroxylation d’argiles (smectite, saponite). Une partie de ces minéraux a été observée par CheMin qui analysait, par diffraction X, la même poudre. Le second pic n’avait pas été observé dans le sable de Rocknest, il fait ressortir le caractère sédimentaire aqueux des roches analysées à Yellowknife Bay.
Comme à Rocknest, les scientifiques ont observé la production de O2 et de HCl et la présence de perchlorates (par ex. CaClO4), précédemment observés par le rover Phoenix, en 2009, mais près du pôle nord. Des hydrocarbures chlorés (CH3Cl, CH2Cl2, etc.) sont également présents. Ils s’interprètent par des réactions entre les perchlorates et des traces de composés organiques lourds embarqués à bord de SAM pour permettre l’analyse de molécules complexes. Il apparaît cependant des différences entre les quantités d’hydrocarbures chlorés observées lors de l’analyse de Rocknest (sable, a priori pauvre en matière organique) et celles observées à Yellowknife (roche sédimentaire). Les travaux sont en cours sur d’autres types de molécules organiques, afin de conclure sur la présence ou l’absence de molécules organiques appartenant à Mars.

Note(s): 
  1. Liste des laboratoires français partis prenants dans le projet Mars Curiosity, via les instruments ChemCam (Chemical Camera) et SAM (Sample Analysis at Mars). 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)
    •    Laboratoire Biominéralisations et Paléoenvironnements (CNRS/Université Pierre et Marie Curie)
    •    Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux (Ecole Centrale de Paris)
    •    Laboratoire Synthèse et Réactivité des Substances Naturelles (CNRS/Université de Poitiers)

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

    3.    Liste des instruments de Curiosity (en anglais) : http://mars.nasa.gov/msl/mission/instruments/

    4.    Cf. L.A.Leshin et al. DOI 101126/science.1238937 (2013) : http://www.sciencemag.org/content/341/6153/1238937.abstract
Source(s): 

A : Grotzinger et al., A Habitable Fluvio-Lacustrine Environment at Yellowknife Bay, Gale Crater, Mars.  Contribution française : N. Mangold, S. Maurice, G. Dromart.

B : Source : Mc Lennan et al., Elemental Geochemistry of Sedimentary Rocks in Yellowknife Bay, Gale Crater, Mars. Contribution française : A. Cousin, G.Dromart, C. Fabre, O. Forni, O. Gasnault, S. Le Mouelic, N. Mangold, S. Maurice, M. Nachon.

C :Vaniman et al., Mineralogy of a mudstone on Mars. Contribution française : S. Maurice, G. Berger.

D : Ming et al., Volatile and Organic Compositions of Sedimentary Rocks in Yellowknife Bay, Gale crater, Mars. Contribution française : M. Cabane, P. Coll, P. François, C. Szopa, S.Teinturier.

Contact(s):
  • Sylvestre Maurice, IRAP (CNRS/Université Paul Sabatier-Toulouse III)
    sylvestre [dot] maurice [at] irap [dot] omp [dot] eu, 05 61 55 75 50
  • Michel Cabane, LATMOS (CNRS/UPMC-Pierre et Marie Curie/Université Versailles Saint Quentin)
    michel [dot] cabane [at] latmos [dot] ipsl [dot] fr, 01 44 27 49 70
  • Nicolas Mangold, Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes (LPGN)
    nicolas [dot] mangold [at] univ-nantes [dot] fr, 02 51 12 53 40
  • 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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