Exploration of past environments of Mars with the ChemCam instrument : characterization of alteration phases and their formation process in rocks and soils

Les conditions paléo-environnementales de la surface de Mars sont accessibles à travers les enregistrements géologiques de la planète, et plus particulièrement via les minéraux d'altération qu'ils contiennent. Ces phases secondaires peuvent constituer de véritables marqueurs géochimiques des conditions durant l'altération aqueuse. L'instrument ChemCam, à bord du rover Mars Science Laboratory (Curiosity) est le premier instrument de spectroscopie sur plasma induit par laser déployé à la surface de Mars. Il offre un moyen inédit de caractériser la géochimie des roches du cratère Gale, à une échelle d'analyse submillimétrique. Ce travail de thèse s'intéresse à la caractérisation des phases d'altération ainsi qu'aux processus responsables de leur formation dans les sols et les roches sédimentaires de Gale. L'approche utilisée combine des expériences de laboratoire avec une réplique de ChemCam ainsi que l'interprétation des données de l'instrument de vol. Ces études ont permis de tester la capacité de ChemCam à identifier des argiles dans les roches sédimentaires et être ainsi un outil diagnostique de ces phases. Elles ont également aidé à mieux comprendre les paramètres influençant la mesure LIBS dans les milieux granulaires, ainsi qu'à montrer que les sulfates de magnésium amorphes pourraient être des phases majeures dans les sols martiens et responsables de leur hydratation. Par ailleurs, nous avons également proposé une nouvelle quantification du fer pour les données ChemCam, qui a permis d'étudier une structure géomorphologique particulière de Gale. Cette dernière est associée à une forte signature spectrale d'hématite depuis l'orbite. L'étude de la variabilité en fer sur ce terrain a permis de mieux appréhender son mécanisme de formation, en mettant en évidence une mobilité de cet élément durant la diagénèse, en lien avec des processus d'oxydo-réduction. Ces résultats indiquent que les sédiments de Gale ont subi une histoire géologique post-dépôt complexe, impliquant probablement de multiples épisodes aqueux aux propriétés différentes.Paleo-environmental conditions at the surface of Mars are accessible through the geological records of the planet, and more particularly through the alteration minerals they contain. These secondary phases can constitute geochemical markers of the conditions during the aqueous alteration. The ChemCam instrument onboard the Mars Science Laboratory rover (Curiosity) is the first laser-induced breakdown spectroscopy instrument deployed on the surface of Mars. It provides a new way of characterizing the geochemistry of rocks and soils in the Gale Crater at a sub-millimeter scale. This thesis work focuses on the characterization of the alteration phases and the processes responsible for their formation. The approach used combines laboratory experiments with a ChemCam replica as well as the interpretation of the flight instrument data. These studies tested ChemCam's ability to identify clays in sedimentary rocks and to be a diagnostic tool for these phases. These studies also helped to better understand the parameters influencing the LIBS measurement in granular media and to show that amorphous magnesium sulfates could be major phases in martian soils and responsible for their hydration. Finally, we have also proposed a new quantification for iron that allowed us to study a particular geomorphological structure of Gale, associated with a strong spectral signature of hematite from orbit. The study of iron variability in this field enabled us to better understand its formation mechanism, by highlighting the mobility of this element during diagenesis, involving redox processes. These results indicate that the Gale sediments underwent a complex post-depositional geological history, involving multiple aqueous events with different fluids properties