THµSE - thesesups - Université Paul Sabatier

&OWVFEFMPCUFOUJPOEV
%0$503"5%&-6/*7&34*5²%&506-064&
%ÏMJWSÏQBS
$PUVUFMMFJOUFSOBUJPOBMFBWFD
1SÏTFOUÏFFUTPVUFOVFQBS
-F
5Jtre :
6OJUÏEFSFDIFSDIF
%JSFDUFVSTEFʾÒTF
3BQQPSUFVST
"VUSFTNFNCSFTEVKVSZ
5)µ4&
Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
É
cole doctorale et discipline ou spécialité :
ED SDU2E : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie
Agnes Cousin
27 janvier 2012
LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) pour l'exploration
martienne
IRAP
Sylvestre Maurice
Violaine Sautter
Jean-Alix Barrat
Fernando Rull
René Brennetot
Henri Rème (président)
Anne Verlaguet
Roger Wiens

Table des matières
Table des matières 3
1 Remerciements 5
2 Contexte martien 9
2.1 Chroniques martiennes ....................... 9
2.2 Pétrologie, Minéralogie et Géochimie de Mars .......... 13
2.3 La mission MSL : Mars Science Laboratory ............ 19
3 Objectifs de l’étude 27
3.1 Présentation de ChemCam ..................... 27
3.2 La technique du LIBS ....................... 31
3.3 La science de ChemCam dans Gale ................ 38
3.4 La station sol ............................ 39
3.5 Objectifs de la thèse ........................ 40
4 Calibration de la fonction autofocus 45
4.1 La fonction autofocus ....................... 45
4.2 Dispersion de la fonction autofocus ................ 51
5 Traitement des données 59
5.1 Architecture générale ........................ 59
5.2 Outils de traitement des données .................. 65
5.3 Création de la base de données martienne ............. 67
5.4 Publication : Base de Données Martienne ............. 69
6 Ablation LIBS en profondeur 81
6.1 Profondeur d’ablation ....................... 83
6.2 Variations de composition sur des roches ............. 87
6.3 Variations de composition sur un sol induré ............ 95
6.4 Variations de composition sur un sol meuble ........... 97
6.5 Conclusion .............................100
7 Application de l’Analyse en Composantes Indépendantes aux don-
nées de ChemCam 103
7.1 Introduction à la méthode ACI ...................104
7.2 Le traitement des données .....................106
7.3 Présentation des différentes études réalisées et méthodologie . . . 107
7.4 ACI sur les données de calibration du TVAC ...........108
3

Table des mati` eres
7.5 Effet de la cristallisation sur les ACI ................ 123
7.6 ACI sur des pôles purs argileux ..................147
8 Matrices de roches ignées 153
8.1 Mesures expérimentales et description des cibles .........155
8.2 Résultats ..............................157
8.3 Discussion et Conclusion .....................161
9 La raie d’oxygène 165
9.1 Cibles utilisées ...........................168
9.2 Méthode expérimentale ......................170
9.3 Le signal de l’oxygène.......................171
9.4 L’oxygène et l’analyse quantitative des données ..........172
9.5 L’analyse géochimique des données ................175
9.6 Discussion .............................175
Conclusions et Perspectives 179
Publications 183
Table des figures 185
Liste des tableaux 193
Bibliographie 197
Résumé 211
Abstract 213
4

Chapitre
1
Remerciements
Cette thèse est le fruit d’un beau travail d’équipe ! ! J’ai entendu parler de ChemCam
pour la première fois par Nicolas Mangold, lors du Master à Paris. Ensuite c’est Violaine
Sautter, chez qui j’ai fait mon stage, qui m’en a parlé à nouveau. Puis lorsque le sujet
de thèse est paru sur le site du CNES (car c’était une bourse CNES), ils m’ont dit
"vas-y Agnès, postule !". J’ai bien hésité en voyant le profil recherché : "Physicien"...
mais voilà, je me suis lancée et ils m’ont bien soutenue, lorsque j’ai rencontré Sylvestre
Maurice, pour l’entretien. C’est pourquoi je tiens à les remercier tout particulièrement,
car sans eux, je n’aurai sûrement pas postulé ! !
Bien sûr, je remercie Sylvestre, dans un premier temps de m’avoir choisie pour cette
thèse, même si je ne correspondais pas au profil du physicien recherché.., et dans un
second temps je le remercie pour son encadrement tout au long de ces 3 ans ! Il m’a
transmis énormément de choses, même s’il y a encore du travail.. ;-) ! Un grand merci
aussi à Violaine, qui a été ma co-directrice de thèse et qui m’a bien soutenue, et me
remettait dans le droit chemin lorsque j’avais tendance à m’éloigner un peu trop de la
géologie ! Je tiens à remercier également la super équipe de Toulouse, qui m’a très bien
accueillie ! Tout d’abord, Olivier Forni pour m’avoir fait une place agréable dans son
bureau, et aussi pour toute son aide précieuse avec IDL, ainsi que sur les statistiques... !
Ensuite Olivier Gasnault, pour son temps et son aide, dans tous les domaines. Olivier
m’a également beaucoup aidé lorsque je rencontrais des problèmes durant les tests ! Je
remercie également Etienne Pallier pour son soutien du côté informatique ; il a été très
patient devant mon ignorance totale des tunnels, des ssh, etc. A la fin il nous a éga-
lement gentiment accueilli dans son bureau ! Egalement Pierre-Yves Meslin pour ses
discussions toujours très enrichissantes et son aide pour certains raisonnements, Lionel
D’Uston pour ses anecdotes, ainsi que Jérémie pour tous ses conseils ! Il y a égale-
ment Cécile Fabre, avec qui j’ai identifié les raies, de manière correcte, pour la première
fois ! ! Aussi Gilles Berger, avec qui j’ai pu apprendre beaucoup sur la géochimie, et
avec qui j’ai pu parler beaucoup sur la technique du LIBS, relevant toujours des inter-
rogations. Toute l’équipe scientifique est à remercier, car c’est avant tout lors de discus-
sions plus élargies que les réflexions se créent, et que les idées se développent. Merci
également à la partie de l’équipe américaine pour les différents échanges !
Je tiens à remercier également l’équipe américaine, et tout particulièrement Roger
Wiens, le "Principal Investigator" de ChemCam. J’ai eu plusieurs fois l’occasion d’aller
à Los Alamos lors des campagnes de calibration du modèle de vol, où j’ai pu participer
5