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ANR MarsPrime : Etude de l'environnement primitif de Mars (2016-2021)

L’environnement ancien de la planète Mars (<3,5 Gy) a été plus chaud et humide que l’environnement froid et sec actuel, mais les conditions exactes (température, acidité, etc.) restent largement débattues. Selon certaines études, l’eau liquide pourrait avoir été stable pendant des millions d’années dans un climat globalement chaud et humide, ou, selon d’autres, avoir été globalement froid avec des réchauffements épisodiques. Une meilleure connaissance des conditions environnementales de Mars à cette époque lointaine est donc souhaitable, d’autant qu’il s’agit de la période privilégiée pour le développement de vie sur Mars. Dans ce contexte, les minéraux d’altération (argiles, sulfates, etc.) détectés par les sondes spatiales sont des témoins clefs de la présence d’eau liquide en surface ou en profondeur. Cependant, ils peuvent pour la plupart se former dans des conditions variées, à températures ambiantes ou par hydrothermalisme, voire, pour certains, par des processus magmatiques. Une meilleure connaissance de leur détection, de leurs assemblages et de leur processus de formation est nécessaire pour améliorer la connaissance de leur environnement de formation.

 

 

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Mars-Prime utilise une approche multidisciplinaire en reliant des domaines souvent séparés en géologie planétaire: les résultats de missions (orbitales ou in situ), l’analyse des météorites, et les expériences en laboratoire. Sur ce dernier point, nous avons développé des expériences d’altération aqueuse dans des conditions martiennes simulées (sous atmosphère de CO2) et en utilisant des matériaux de départ variés. En particulier, la composition de la croûte ancienne martienne a été révisée récemment, avec des observations montrant plus de roches felsiques. Nous avons analysé les météorites martiennes les plus anciennes afin de contraindre la composition initiale de la croûte ancienne et permettre d’en fabriquer des simulants expérimentaux. Un point commun à ces activités est la diversité des analyses possibles dans les laboratoires du consortium (microscopie électronique, spectrométrie infra-rouge, spectrométrie laser à ablation, etc.). Plusieurs de ces techniques sont utilisées par les instruments à bord de sondes martiennes, ce qui permet de faire un lien direct entre les analyses en laboratoire et les données orbitales ou in situ martiennes qui ont été largement utilisées pour identifier les minéraux d’altération et leur processus. 

Résultats Majeurs
L’altération expérimentale de la croûte martienne simulée sous atmosphère de CO2 fait état d’une altération proche des conditions d’altération en surface terrestre, mais plus intense et avec des conditions oxydantes inattendues sous une atmosphère anoxique. Ces résultats sont confirmés par l’observation à Gale crater d’une altération aqueuse en système ouvert et en milieu oxydant, associée à des minéraux argileux et de l’hematite. En outre, nous avons établi que la composition crustale observée dans les météorites anciennes a fortement influé sur les conditions d’altération en surface en limitant la formation de carbonates, dont la distribution spatiale serait reliée à celle de roches ultrabasiques (limitées dans la croûte ancienne). Par ailleurs, des circulations de fluides souterrains observés in situ et dans les météorites sont reliées à des processus diagénétiques et hydrothermaux, avec des conditions d’acidité et d’oxydo-réduction variées, liées à la présence de volatils et d’halogènes (S, P, F, etc.) montrant qu’une large gamme de conditions physico-chimiques étaient possibles.

Le coordinateur du projet est Nicolas Mangold, Directeur de Recherche CNRS.

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Personnels recrutés sur ce projet :

* Fabien Baron, docteur en Sciences de la Terre à Poitiers, spécialiste des phyllosilicates et de leur analyse par spectroscopie infra-rouge et Raman, est recruté début 2017 en Post-Doctorat pour 30 mois. Il a eu pour tâche principale d'effectuer les expériences d'altération sous conditions variables. Certains travaux sont toujours en cours, mais Fabien nous a quitté pour Poitiers en septembre 2019 après son succès au concours de recrutement en Maître de Conférences.

* Maxime Pineau, master de Sciences de la Terre à Nantes, est recruté en doctorat pour trois ans à compter de octobre 2017. Il a pour tâche d'analyser les signatures spectrales de silice hydratée (opale notamment) et de phyllosilicates alumineux -(kaolinite notamment) sur Mars en fonction de leurs contextes de formation. Thèse obtenue en novembre 2020, Maxime Pineau est désormais ATER à Orléans.

Publications

Baron, F., A. Gaudin, J-P. Lorand, N. Mangold, 2019. New Constraints on Early Mars Weathering Conditions rom an Experimental Approach on Rock Simulants, J. Geophys. Res., 124, 1783-1801.

Baron, F., C. Gil Lozano, A. Gaudin, V. Fernandez, J.-P. Lorand, J.-M. Greneche and N. Mangold, Oxidizing conditions on Early Mars under an anoxic, wet environment, submitted to Nature Geoscience, October 2021.

Caravaca, G., N. Mangold, E. Dehouck, J. Schieber, L. Zaugg, A.B. Bryk, C.M. Fedo, S. Le Mouélic, L. Le Deit, S.G. Banham, S. Gupta, A. Cousin, W. Rapin, O. Gasnault, F. Rivera-Hernández, R.C. Wiens, N.L. Lanza, soumis. From lake to river: Documenting an environmental transition across the Jura/Knockfarril Hill members boundary in the Glen Torridon region of Gale crater (Mars), soumis à J. Geophys. Res.-Planets.

Cousin, A., Sautter, V., Payré, V., Forni, O., Mangold, N., Gasnault, O., Le Deit, L., Meslin, P. Y., Johnson, J., Maurice, S., Wiens, R. C., & Rapin, W. (2019). Classification of 59 Igneous Rocks Analyzed by ChemCam at Gale Crater, Mars. LPI Contributions, 2089, 6075.

David, G., Meslin, P.-Y., Dehouck, E., Gasnault, O., Cousin, A., Forni, O., Berger, G., Lasue, J., Pinet, P., Wiens, R.C., Maurice, S., Fronton, J.-F., Rapin, W. (2021). Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) characterization of granular soils: Implications for ChemCam analyses at Gale crater, Mars. Icarus, 365.

David, G., Dehouck, E., Meslin, P.-Y., Rapin, W., Cousin, A., Forni, O., Gasnault, O., Lasue, J., Mangold, N., Maurice, S., Wiens, R. C., Berger, G., Pinet, P., Clark, B. C., Lanza, N. L.. Detection of hydrated Mg-sulfates within the amorphous component of the Rocknest soils in Gale crater, Mars. Soumis à Nature Geosciences.
Dehouck, E., Cousin, A, Mangold, N., Frydenvang, J., Lasue, J., Meslin, P.-Y., Gasnault, O., Fox, V., Bennett, K. A., Maurice, S., Wiens, R., 2019. MSL/ChemCam at Glen Torridon: Geochemistry of the Orbitally-Identified Clay-Bearing Unit of Gale Crater, 9th International Mars Conference, Pasadena, LPI 6125.

Dehouck E., A. Cousin, N. Mangold, J. Frydenvang, O. Gasnault, O. Forni, W. Rapin, P. J. Gasda, G. Caravaca, G. David, C. Bedford, J. Lasue, P.-Y. Meslin, K. Rammelkamp, S. Le Mouélic, V. K. Fox, K. A. Bennett, A. Bryk, N. L. Lanza, S. Maurice, R. C. Wiens, 2021. Bedrock geochemistry and alteration history of the clay-bearing Glen Torridon region of Gale crater, Mars, soumis à J. Geophys. Res.-Planets.

Drouet, C., Loche, M., Fabre, S., Meslin, P.-Y. (2021). On the occurrence of Jahnsite/Whiteite phases on Mars: a thermodynamic study. American Mineralogist, in press. DOI: https://doi.org/10.2138/am-2022-817

Forni, O., Meslin, P.-Y., L'Haridon, J., Rapin, W., Nachon, M., Newsom, H., Mangold, N., Gasnault, O., Anderson, D. E., Anderson, R. B., Blaney, D. L., Clegg, S. M., Cousin, A., Dehouck, E., Johnson, J. R., Lanza, N. L., Lasue, J., Maurice, S., Wiens, R. C., 2017. Detection of Fluorine-Rich Phases, Phosphates, and Halite in the Stimson-Murray Units, Gale Crater, Mars, 48th LPSC, The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1964, id.1838

Gaudin, A., E. Dehouck, O. Grauby, N. Mangold, 2018. Formation of clay minerals on Mars: insights from long-term experimental weathering of olivine, Icarus, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2018.01.029

Gil-Lozano C., F. Baron, A. Gaudin, J.-P. Lorand, V. Fernandez, J. Hamon, N. Mangold, The key role of bedrock composition in the formation of carbonates on Mars, submitted to Science Advances, 2021.

Hewins, R. H., Zanda, B., Humayun, M., Nemchin, A., Lorand, J.-P., Pont, S., Deldicque, D., Bellucci, J. J., Beck, P., Leroux, H., Marinova, M., Remusat, L., Göpel, C., Lewin, E., Grange, M., Kennedy, A., Whitehouse, M. J., 2017. Regolith Breccia Northwest Africa 7533: Mineralogy and Petrology With Implications For Early Mars, Meteoritics & Planetary Science, 52, 89-124.

Hewins, R.H., B. Zanda, S. Pont and P-M. Zanetta, 2019. Northwest Africa 10414, a pigeonite cumulate shergottite. Meteoritics & Planetary Science 54, 2132-2148.

Hewins, R.H., Humayun, M., Barrat, J.-A., Zanda, B., Lorand, J.-P., Pont S., Assayag, N., Cartigny, P., and Sautter, V. 2020. Northwest Africa 8694, a ferroan chassignite: Bridging the gap between chassignites and nakhlites. Geochim. Cosmochim. Acta, 282, 201-226, DOI: 10.1016/j.gca.2020.05.021

Krämer Ruggiu, L., J. Gattacceca, B. Devouard, A. Udry, V. Debaille, P. Rochette, Lorand, J.-P., L. Bonal, P. Beck, V. Sautter, Buseman, H., Meir, M., Maden, C., Hublet, G. and Martinez, R. 2020. Caleta El Cobre 022: increasing nakhlite diversity, Meteoritics & Planetary Sciences, 55, 1539-1563, DOI: 10.1111/maps.13534.

Larre C., Morizet Y., Bézos A., Guivel C., La C., Mangold N., 2019. Particular H2O dissolution mechanism in iron‐rich melt: Application to martian basaltic melt genesis. J Raman Spect., 1–15. https://doi.org/10.1002/jrs.5787

L'Haridon, J., Mangold, N.; Meslin, P.-Y., Johnson, J. R., Rapin, W., Forni, O., Cousin, A., Payré, V., Dehouck, E., Nachon, M., Le Deit, L., Gasnault, O., Maurice, S., Wiens, R., 2018. Chemical variability in mineralized veins observed by ChemCam on the lower slopes of Mount Sharp in Gale crater, Mars, Icarus, 311, 69-86, doi.org/10.1016/j.icarus.2018.01.028

L'Haridon, J., Mangold, N., Fraeman, A. A., Johnson, J. R., Cousin, A., Rapin, W., et al. (2020). Iron mobility during diagenesis at Vera Rubin ridge, Gale Crater, Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, 125, e2019JE006299

Lindsay, F. N., J. S. Delaney, C. Göpel, G.F. Herzog, R. Hewins, M. Humayun, K. Nagao, L.E. Nyquist, J. Park, J.B. Setera , C.-Y. Shih, C.C. Swisher III , B. Zanda, and B.D. Turrin. (2021) 40 Ar/ 39 Ar ages of Northwest Africa 7034 and Northwest Africa 7533. Met. Planet. Sci., 1-31.

Lorand, J.-P. . Hewins, R.H.. Humayun, M.. Remusat, L., Zanda, B., Pont, S. (2018) Chalcophile-siderophile element systematics of hydrothermal pyrite from martian regolith breccia NWA 7533 Geochim. Cosmochim. Acta, 241, 134-149

Lorand, J.-P., Labidi J. Thomassot E., Rollion-Bard C., Bellucci, J., Whitehouse, M., Nemchin, A., Fahrquar, J., Hewins, R.H., Humayun, M., Zanda, B., Pont, S. 2020. The sulfur budget and sulfur isotopic composition of Martian regolith breccia NWA 7533. Meteoritics and Planetary Sciences, 55, 2097-2116, DOI: 10.1111/MAPS.13564

Mangold, N.; Dehouck, E.; Forni, O.; Fedo, C.; Achilles, C.; Bristow, T.; Frydevang, J.; Gasnault, O.; L'Haridon, J.; Le Deit, L.; Maurice, S.; McLennan, S. M.; Meslin, P. Y. et al., 2019. Chemical Alteration at Gale Crater from the Chemistry of Mudstones Analyzed by the Curiosity Rover, Icarus, 321:619-631.

Meslin, P.-Y.; Gasda, P.; L'Haridon, J.; Forni, O.; Lanza, N.; Lamm, S.; Johnson, J. R.; Wiens, R. C.; Thompson, L.; Rapin, W.; Gasnault, O.; Cousin, A.; Mangold, N.; Dehouck, E.; Maurice, S.; Frydenvang, J.; Lasue, 2018. J.Detection of Hydrous Manganese and Iron Oxides with Variable Phosphorus and Magnesium Contents in the Lacustrine Sediments of the Murray Formation, Gale, Mars, 49th LPSC, The Woodlands, Texas LPI Contribution No. 2083, id.1447

Payré, V., C. Fabre, V. Sautter, A. Cousin, N. Mangold, L. Le Deit, O. Forni, W. Goetz, R. C. Wiens, O. Gasnault, P.-Y. Meslin, J. Lasue, W. Rapin, B. Clark, M. Nachon, N. L. Lanza, S. Maurice, 2019. Copper enrichments in the Kimberley formation in Gale crater, Mars: Evidence for a Cu deposit at the source, Icarus, 321:736-751, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2018.12.015

Pineau, M., L. Le Deit, B. Chauviré, J. Carter, B. Rondeau, N. Mangold, 2020. Toward the geological significance of hydrated silica detected by near infrared spectroscopy on Mars based on terrestrial reference samples. Icarus, 137, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2020.113706

Pineau, M., M. Mathian, F. Baron, B. Rondeau, L. Le Deit, T. Allard & N. Mangold, Estimating kaolinite crystallinity using near-infrared spectroscopy: implications for its geology on Earth and Mars, American Mineralogist, in press, http://dx.doi.org/10.2138/am-2022-8025

Rapin, W., B. Chauviré, T.S.J. Gabriel, A.C. McAdam, B.L. Ehlmann, C. Hardgrove, P.-Y. Meslin, B. Rondeau, E. Dehouck, H.B. Franz, N. Mangold, S.J. Chipera, R.C. Wiens, J. Frydenvang, S. Schröder, 2018. In situ analysis of opal in Gale crater, Mars, JGR-Planets, 123, 1955-1972.

 

 Conference abstract

Mangold, N., J. Carter, F. Baron, E. Dehouck, A. Gaudin, D. Loizeau, and F. Poulet (2018) Importance And Diversity Of Geological Settings Of Aluminum-Rich Clay Minerals On Mars, Clay Society Meeting 55th, USA.

Carter, J., J.-P. Bibring, N. Mangold, 2018. The Clay Story Of Ancient Mars, An Update, 55th Annual Meeting of Clay Mineral Society, Champaign, USA.

Pineau M. Le Deit L. Rondeau B. Chauviré B. Carter J. Mangold, N. (2018). Investigation of Opals on Mars Using CRISM Data and Terrestrial Analogs, LPSC 49th, Houston, USA.

Baron, F.; Petit, S.; Gaudin, A.; Mangold, N. (2017) Interpretation of Smectite VIS-NIR Spectra from Synthetic Smectites, Fourth International Conference on Early Mars, Flagstaff, Arizona. LPI Contribution No. 2014, 2017, id.3019

Mangold N. et al. (2017) Open-System Weathering at Gale Crater from the Chemistry of Mudstones Analyzed by the Curiosity Rover, Fourth International Conference on Early Mars, Flagstaff, Arizona. LPI Contribution No. 2014, 2017, id.3013

Forni, O.; Meslin, P.-Y.; L'Haridon, J.; Rapin, W.; Nachon, M.; Newsom, H.; Mangold, N.; Gasnault, O.; Anderson, D. E.; Anderson, R. B.; Blaney, D. L.; Clegg, S. M.; Cousin, A.; Dehouck,; Johnson, J. R.; Lanza, N. L.; Lasue, J.; Maurice, S.; Wiens, R. C., 2017. Detection of Fluorine-Rich Phases, Phosphates, and Halite in the Stimson-Murray Units, Gale Crater, Mars, 48th LPSCt The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1964, id.1838

Mangold, N. et al. (2017) Aqueous Alteration in Mt. Sharp Mudstones Evidenced by ChemCam, Curiosity, 48th Lunar and Planetary Science Conference, held 20-24 March 2017, at The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1964, id.1894

 Rapin, W.; Chauviré, B.; Meslin, P.-Y.; Maurice, S.; Rondeau, B.; Mangold, N.; Dehouck, E.; Gasnault, O.; Cousin, A.; Forni, O.; Frydenvang, J.; Wiens, R. C.; Schröder, S.; Ehlmann, B. L., 2017. Water Content of Opaline Silica at Gale Crater, 48th LPSC, The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1964, id.2038

 Meslin, P.-Y.; Gasda, P.; L'Haridon, J.; Forni, O.; Lanza, N.; Lamm, S.; Johnson, J. R.; Wiens, R. C.; Thompson, L.; Rapin, W.; Gasnault, O.; Cousin, A.; Mangold, N.; Dehouck, E.; Maurice, S.; Frydenvang, J.; Lasue, 2018. J.Detection of Hydrous Manganese and Iron Oxides with Variable Phosphorus and Magnesium Contents in the Lacustrine Sediments of the Murray Formation, Gale, Mars, 49th LPSC, The Woodlands, Texas LPI Contribution No. 2083, id.14