Hydration of the Martian Surface as seen by the Imaging Spectrometer OMEGA
L'hydratation de la surface de Mars vue par l'imageur spectral OMEGA
Résumé
Water is currently present on Mars as ice, vapor and surface hydration. Hydration is known to be adsorbed water on minerals or prisoned in their structure. It can influence the Martian water cycle as well as enable mineral alteration or exobiology. This PhD thesis studies the global and seasonal aspects of hydration using the data from the visible and near infrared imaging spectrometer OMEGA. Our work is based on the 3 µm hydration absorption feature, which has required to develop an efficient scheme to get the albedo spectra in the OMEGA long wavelength channel (L channel). We had in particular to assess the surface thermal emission from the spectra. The L channel photometric efficiency undergoes strong variations with time; we have therefore derived an adapted new calibration using an innovating method to get a representative spatial and seasonal coverage. Our study reveals that hydration is everywhere on Mars with water contents between 3 and 7 weight %, which is evidence of overall adsorbed water as well as global alteration. The hydration dependency with temperature and pressure is consistent with laboratory measurements, and composition may influence the water bond strength. Brightest surfaces are likely to be more hydrated. The influence on the water cycle is proved by the observation of seasonal variations as well as an increase over icy sub-surfaces. Finally, carbonates are expected as an alteration product in hydrated surfaces, but our systematic research on the 3.4 µm proves their missing in large amounts on Mars. This result also puts constrains on atmospheric history scenarios.
L'eau est présente aujourd'hui sur Mars sous forme de glace, de vapeur et d'hydratation du sol. L'hydratation, constituée d'eau adsorbée sur les minéraux ou emprisonnée dans leur structure, peut influencer le cycle de l'eau et favoriser des processus d'exobiologie ou d'altération. Cette thèse porte sur l'étude globale et saisonnière de cette hydratation grâce aux données de l'imageur spectral visible et proche-infrarouge OMEGA, en utilisant une forte bande d'absorption à 3 µm. Première étude systématique sur la voie L (grandes longueurs d'onde) d'OMEGA, cette thèse a développé un algorithme rapide pour en calculer les spectres de réflectance, nécessitant d'estimer l'émission thermique sur les données. La réponse photométrique de la voie L étant fortement variable, nous avons proposé un nouvel étalonnage adapté pour obtenir une couverture spatiale et saisonnière représentative. Notre étude révèle que l'hydratation est présente partout sur Mars, pour des teneurs massiques en eau entre 3 et 12%, preuve de l'omniprésence de l'eau adsorbée mais aussi d'une altération générale. La dépendance de l'hydratation avec la pression et la température est conforme aux mesures de laboratoire, et la composition influe sur la force d'adsorption. Les sols clairs semblent plus hydratés. L'influence sur le cycle de l'eau est prouvée par l'observation de variations saisonnières et d'une teneur en eau élevée là où le sous-sol est glacé. Enfin, les carbonates sont un produit d'altération attendu en présence d'eau adsorbée, mais notre recherche systématique sur leur bande à 3.4 µm prouve leur absence globale. Ce résultat est primordial pour les scénarios de l'histoire de l'atmosphère.