ALS - Magazine 1 - Décembre 2009

Article > Système solaire Des collaborations nationales et internationales et des soutiens nombreux Des collaborations étroites existent au niveau national avec plusieurs des laboratoires qui sont des acteurs majeurs pour l’étude de la matière extra-terrestre en France (MNHM de Paris, IPG de Paris, ENS de Lyon, CSNSM d’Orsay, Observatoire Midi Pyrénées à Toulouse, ...). Il n’y a pas à Nancy de compétence forte en planétologie et c’est la raison pour laquelle des liens ont été développés avec le laboratoire de planétologie de Nantes (à travers le master commun Nantes-Nancy) et l’OMP à Toulouse (avec par exemple le projet ChemCam). Tous ces travaux sont menés et reconnus dans le cadre de programmes nationaux et internationaux, plusieurs nancéiens participant aux instances de ces programmes (ou même les présidant). ● Au plan régional, la Région Lorraine a soutenu très significativement pendant 3 ans un projet jeune équipe sur l’étude de la matière extraterrestre et a accompagné les équipements spécifiques co-financés par le CNES et l’INSU-CNRS. Le soutien de la région Lorraine a été déterminant dans l’acquisition en 1996 de la sonde ionique à grand rayon ims 1270 et cette année pour l’acquisition de la sonde ionique ims 1280 HR2. ● Au plan national, c’est en premier lieu le programme national de planétologie (PNP), l’ANR non thématique (ANR ECSS 2005-2008, ANR T-TauriChem 2009-2013), les programmes d’exploration du système solaire du CNES qui ont soutenu très fortement l’étude à Nancy des échantillons des missions de collecte du vent solaire (Genesis) et de grains cométaires (Stardust) et le développement de l’outil LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) pour l’instrument ChemCam (qui sera sur le rover martien de la mission MSL). ● Au plan international, plusieurs chercheurs nancéiens ont été sélectionnés par la NASA comme Principal Investigator (PI) pour l’étude des échantillons lunaires des missions Apollo, l’étude des échantillons des missions Genesis et Stardust et bien sûr pour la mission ChemCam. Les chercheurs nancéiens avaient été très actifs lors de l’appel d’offres autour de la mission MARS PREMIER pour l’étude des échantillons martiens et il y a toujours la volonté de s’investir dans la préparation à un futur retour d’échantillons martiens. D’autres actions ont démarré au niveau national et international pour être PI dans de futures missions internationales. Le CRPG a par exemple été sollicité par le CNES pour organiser l’analyse d’échantillons ramenés de Phobos (un des deux satellites de Mars) par la mission russo-française Phobos Grunt. A plus long terme, les chercheurs du CRPG font partie de l’équipe scientifique de la future mission entre l’Europe (ESA) et le Japon (JAXA) pour le retour sur Terre d’un échantillon d’un astéroïde géocroiseur. Cette mission nommée Marco-Polo est actuellement à l’étude et devrait être lancée en 2017 pour une arrivée sur l’astéroïde du satellite en 2020 et un retour sur Terre des échantillons en 2023. Le soutien de l’Europe s’est fait à travers la participation du Fonds Européen de Développement Régional (FEDER) pour l’acquisition de la sonde ims 1280 HR2 et l’attribution à l’un de nous pour les 5 prochaines années d’une bourse senior ERC (European Research Council). Les données récentes concernant la surface de la planète Mars obtenues à l’aide des rovers (Spirit et Opportunity) et de la mission OMEGA ont montré que l’eau a résidé pendant des temps suffisants pour générer des réactions d’altération des roches et produire des précipitations chimiques sous forme d’argiles et de sulfates. Les conditions physico-chimiques régnant lors de l’altération des roches volcaniques (shergottite basaltique, lherzolitique, andésites) et des roches grenues mafiques (naklites et chassignites) et lors de l’évaporation des solutions d’altération au Noachien et Hespérien (les périodes les plus anciennes de l’histoire de Mars, le Noachien correspondant à tout ce qui est plus vieux que ≈ 3,7 milliards d’années) sont encore mal connues. La cinétique avec laquelle les minéraux sont altérés joue un rôle essentiel dans l’évolution de la chimie de la solution altérante. Or l’altération chimique s’est réalisée dans des conditions où l’atmosphère, de chimie mal connue et variable au cours du temps (H 2 O, CO 2 , SO 2 ), et les solutions aqueuses étaient soumises au rayonnement UV-C provenant du soleil produisant des radicaux très réactifs. Ces paramètres n’ont pas été expérimentés, ni quantifiés. L’objectif de ce programme de recherche est de prédire les processus d’altération et d’évaporation en conditions martiennes en combinant une approche expérimentale et de modélisation numérique. On considère la variation des compositions chimico-minéralogiques des roches, des paramètres relatifs à l’atmosphère martienne et des températures. L’altération est simulée expérimentalement sur des verres de synthèse représentatifs des roches martiennes en présence ou absence de rayonnement UV-C. En se basant sur les résultats expérimentaux, des simulations numériques de l’altération chimique des roches martiennes et de l’évaporation sont réalisées afin d’évaluer l’effet des variations des paramètres physico-chimiques sur la nature et l’abondance des produits formés (argiles, carbonates, sulfates). Sous atmosphère neutre d’azote à 99,95 %, les solutions expérimentales montrent un taux de dissolution constant au cours du temps, bien suivi par les éléments traces inclus dans le verre (Li, B et Cs). La concentration en Al, Fe et Mg croît avec le temps jusqu’à la fin des expériences (3 mois). En revanche, la concentration en Si et Ca décroit significativement dès le quatrième jour, ce qui indique un état de saturation de la solution vis-à-vis de certains minéraux. La présence de calcite est observable dès la deuxième semaine pour l’expérience en présence de rayons ultraviolets. Ce même minéral est également observé dans les échantillons non soumis aux radiations mais beaucoup plus tard (environ 1 mois). Les résultats obtenus sont confrontés aux observations orbitales et mesures in situ afin d’améliorer les connaissances sur les conditions de formation et d’évolution des roches de la surface martienne. Les résultats issus des modélisations numériques et expérimentales contribuent à comprendre et quantifier les processus météoriques et sédimentologiques au Noachien et à l’Hespérien. La prédiction des différentes phases minérales d’altération et d’évaporation s’appuyant sur les modélisations expérimentales et numériques fournit des contraintes et des guides pour interpréter en termes de géochimie les identifications de minéraux obtenues par les méthodes orbitales ou in situ. Ces données serviront aussi à calibrer et interpréter les données spectrales, en particulier obtenues par les spectroscopies Raman et LIBS qui font l’objet de recherches dans l’unité G2R dans le cadre du programme Chemcam franco-américain de MSL de la NASA et EXOMARS de l’ESA. Enfin, elles permettront aussi d’estimer, en fonction de la chimie de l’atmosphère, les compositions chimiques des solutions aqueuses dans lesquelles auraient pu se développer une chimie pré-biotique. La modélisation numérique des processus d’altération des roches martiennes ALS Mag / 23