Processus d'altération à la surface de Mars primitive : simulations expérimentales et numériques et implications minéralogiques, Process of deterioration on the primitive surface of Mars : experimental and digital simulations and mineralogical implications

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U.F.R Sciences et Technologies
Ecole doctorale RP2E (Ressources, Produits, Procédés et Environnements)


THESE
Présentée pour l’obtention du titre de


Docteur de l’Université Henri Poincaré, NANCY I
en Géosciences


par Vincent GIRARD


Processus d’altération à la surface de Mars primitive :
Simulations expérimentales et numériques et
implications minéralogiques



Soutenance publique le 03 novembre 2010


Membres du Jury :

Rapporteurs : Bertrand FRITZ Directeur de Recherche, CNRS, Strasbourg
Stéphane GIN Ingénieur, CEA, Marcoule

Directeur de thèse : Jean DUBESSY Directeur de Recherche CNRS, Nancy
Co-directrice de thèse : Marie-Christine BOIRON Chargée de Recherche, CNRS, Nancy

Examinateurs : Nicolas MANGOLD Directeur de Recherche, CNRS, Nantes
Pierre BARBEY Professeur, Nancy-Université, Nancy


UMR 7566 - Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques
Faculté des Sciences & Techniques, BP239, 54501 Vandoeuvre-lès-Nancy
12 Avant-propos



Aux termes de trois années de thèse, je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont
soutenu de près comme de loin durant l’avancement de mes travaux. Bien qu’il ne soit pas
facile d’être exhaustif, je vais tenter de n’oublier personne.

Je tiens tout d’abord à remercier mes directeurs de thèse, Jean Dubessy et Marie-Christine
Boiron, qui m’ont accueilli chaleureusement lors de mon stage de Master et qui m’ont
encouragé à continuer les travaux entrepris pour une thèse. Je les remercie vivement du temps
qu’ils m’ont consacré, principalement durant les dernières semaines, pendant l’écriture de ce
mémoire.

J’adresse également mes remerciements aux membres du jury qui ont accepté d’évaluer ce
travail :

- Bertrand FRITZ, directeur de recherches CNRS à Strasbourg, pour avoir accepté d’être
rapporteur. Merci également pour les conseils que vous m’avez donné lors de notre
rencontre pour comprendre et améliorer les résultats que j’ai obtenu avec le logiciel
KINDIS.

- Stéphane GIN, directeur du Laboratoire d’étude du Comportement à Long Terme des
matériaux de conditionnement au Commissariat à l’Energie Atomique de Marcoule, pour
avoir accepté d’être rapporteur également. Merci beaucoup pour votre accueil chaleureux
lors de notre rencontre et pour l’intérêt que vous avez porté à mes travaux alors.

- Pierre BARBEY, Professeur de Nancy-Université, travaillant au Centre de Recherches
Pétrographiques et Géochimiques de Nancy, pour avoir accepté d’évaluer ce travail.
Merci également pour vos cours que j’ai suivi avec intérêt durant mon cursus
universitaire et qui m’ont conforté dans le choix de continuer dans les Géosciences.

- Nicolas MANGOLD, chargé de recherches au Laboratoire de Planétologie et
Géodynamique de Nantes, pour avoir accepté d’examiner ce travail. Merci également de
l’intérêt que vous avez porté à mes travaux lors de notre rencontre durant le workshop
Mars III aux Houches.


Cette thèse a été financée par le Programme National de Planétologie, le programme Origines
des Planètes et de la Vie, la région Lorraine et Nancy-Université. Merci à tous ces
organismes d’avoir cru en ce projet et ainsi contribué à la réalisation de ce travail.

Un grand merci à tous les ingénieurs et professionnels avec qui j’ai beaucoup appris : Chantal
Peiffert, Aymeric Schumacher, Aurélien Randi et Gilles Bessaque du laboratoire de
géochimie organique pour leur montage expérimentaux et, Mohamed Zahaf et Christine
Assfeld du CERFAV pour leur implication lors de la synthèse du verre.

Je remercie l’école doctorale RP2E et notamment Christine Fivet, secrétaire de direction,
pour sa bonne humeur et sa disponibilité.
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Il me semble devoir faire des remerciements spécifiques à nos collègues perdus au rez-de-
chaussée : Laurence, Marie-Odile, Christine et Doudou Patrick, pour leur soutien infaillible
et leur bonne humeur quotidienne (et pour les quelques heures à avoir discuté et mangé
quelques gâteaux…).

Merci également à Zyra pour le cadre de travail qu’elle nous donne chaque matin et sa bonne
humeur à toute épreuve.

Je remercie également l’ensemble du personnel du laboratoire UMR G2R - 7566 pour leur
soutien lors de ces trois années de thèse et plus particulièrement Michel Cathelineau,
directeur de ce laboratoire pendant cette thèse, pour son accueil dans ce vaste laboratoire.

Je remercierai également un peu pêle-mêle, tous les personnels du laboratoire que j’ai eu le
plaisir de rencontrer et avec qui j’ai longuement discuté, durant mon cursus universitaire et
mes trois années de thèse, parmi lesquels : Karine, Régine, Judith, OVDH, Laurent R., Marc,
Thérèse (l’heureuse retraitée…), Roland (retraité aussi mais toujours présent pour boire un
coup) et le pôle géochimie organique avec notamment Raymond Michels et Pierre Faure.

Je remercie également toute la communauté des thésards et post-docs du laboratoire avec qui
j’ai passé de très bons moments : Luc, Audrey, Olivia, Coralie, Sabrina, Emilie P., Titi, Phuc,
Pascale, Olivier P., Rakhim, Askar, Mathieu L., Wilfried, Antonin, la Maman, Julien M.,
Mlle Ding (notre chinoise préférée dont je n’ose écrire le prénom de peur de faire des fautes),
Apolline, Thomas, et il y en a encore bien d’autres que je n’ai pas cité et qui j’espère me
pardonneront mon oubli. Je n’oublie en revanche pas mon compatriote de bureau, M. de
Belcourt, avec qui j’ai passé presque mes trois années de thèse et que je remercie vivement
de m’avoir supporté et aidé.

Je remercie encore l’opportunité que m’ont donnée mes directeurs de thèse de faire ce travail
dans ce laboratoire car c’est ici que j’ai rencontré ma femme, Anne-Laure à qui je dédie
évidemment ce mémoire. Je tiens d’ailleurs à la remercier vivement de son soutien et de son
calme, surtout dans les derniers temps de la rédaction, devant mes longues disparitions
journalières.

Je terminerai cette page en remerciant toutes les personnes qui ont cru en moi durant ce long
périple que fut cette thèse, et plus particulièrement ma sœur, Myriam qui m’a aidé avec son
compagnon Rémi lors de certaines difficultés mathématiques, mes parents, devenus Mamie
Jo et Papy Robert par ma sœur, et ma belle famille, Marie-Hélène, Emmanuel et sa femme
Valérie ainsi que Jean-Michel et sa promise Amélie.




Je vous remercie tous infiniment…


Pour ma chère et tendre A-Laure…
4 Résumé


Depuis quinze ans, de multiples instruments de mesure ont été envoyés vers Mars et explorent
aujourd’hui sa surface ou y sont en orbite. Les données, renvoyées par ces sondes ont fourni
une grande quantité d’informations quant aux conditions régnant aujourd’hui sur Mars, mais
aussi sur la géologie des terrains et sur la minéralogie associée. Les minéraux découverts sur
Mars se sont formés dans des conditions tout à fait différentes de celles qui y règnent
aujourd’hui.
Une approche associant modélisations numériques et expériences est proposée pour permettre
d’identifier l’influence de divers processus comme le rayonnement UVC, la température et la
pression partielle de CO ou de SO . Des expériences en boîte à gants sont réalisé