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Dégazage, hydrothermalisme, géodynamique isotopique

H. Massol, P. Sarda, E. Chassefière, L. Dupeyrat, F Costard, J Gargani Collaborations ext : N. Mangold (LPGN), J.-C. Sabroux (IRSN), P.-Y. Meslin (LMD/IRSN), F. Leblanc (LATMOS)

Contexte : L’observation spatiale de Mars et les résultats de l’analyse des météorites SNC suggèrent une activité de dégazage récent de cette planète. La détection, encore controversée, du méthane depuis l’orbiteur Mars-Express et des observatoires terrestres suggère l’existence d’une source, dont on ignore la nature (système hydrothermal, méthane piégés dans des clathrates, vie profonde ?). Les rares travaux existants montrent que CH4 est la forme thermodynamiquement stable du carbone (contrairement à la Terre où la forme stable est CO2) dans d’éventuelles remontées volcaniques/ hydrothermales. Bien qu’aucun gaz caractéristique du volcanisme (comme SO2) n’ait été détecté jusqu’à présent, l’analyse géomorphologique montre l’existence de coulées récentes sur Tharsis et Elysium (< 2 millions d’années). Par ailleurs, l’absence de fractionnement isotopique du carbone et de l’oxygène dans le CO2 de l’atmosphère de Mars, en dépit des processus d’échappement encore à l’œuvre, suggère que l’atmosphère actuelle est jeune, provenant d’un réservoir non fractionné (intérieur). Aucune mission spatiale susceptible de détecter de possibles gaz traces volcaniques (SO2, H2S, OCS), ainsi que le méthane, depuis l’orbite n’est prévue avant 2013. Par contre, les données du spectromètre gamma (GRS) de Mars Odyssey sont en cours de traitement, et semblent indiquer, bien qu’indirectement, la présence de radon dans l’atmosphère (thèse de P.-Y. Meslin, 2008). Un traitement détaillé des données GRS permettra de distinguer de possibles zones à forte émission de radon signalant un terrain plus poreux ou plus fracturé, et éventuellement des sources locales. Enfin, la mission américaine MSL (rover), lancée en 2009, analysera depuis la surface la composition moléculaire et isotopique de l’atmosphère (notamment gaz rares et isotopes stables), ainsi que la composition moléculaire, élémentaire et isotopique d’échantillons de surface.

Programme de recherche : Les compétences rassemblées au sein de l’équipe de planétologie de l’IDES dans le domaine du volcanisme (H. Massol), de la géochimie isotopique (P. Sarda) et de l’atmosphère (E. Chassefière), nous incitent à définir un thème de recherche autour des interactions intérieur-atmosphère sur les planètes telluriques (en premier lieu Mars), encore très prospectif. Plusieurs axes de recherche sont à l’étude :
- Evolution comparée de Mars, Vénus et la Terre (P. Sarda, E. Chassefière) à partir des informations fournies par ; d’une part les gaz rares radiogéniques (40Ar, 129Xe), non radiogéniques (Ar) et les isotopes stables (O, C, N), d’autre part les résultats des modèles d’échappement, dont la contribution au fractionnement isotopique doit être prise en compte. Il n’existe pas à l’heure actuelle de vision unifiée cohérente rendant compte des rapports 40Ar/36Ar sur ces trois planètes.
- Identification et étude de possibles mécanismes de dégazage crustal martien (H. Massol, P. Sarda, E. Chassefière), car plusieurs lignes de raisonnement (histoire thermique de l’intérieur, géochimie isotopique) conduisent à la prédiction qu’une partie importante de l’argon 40 atmosphérique martien pourrait avoir été dégazé par la croûte. Cette question est d’une importance capitale pour comprendre l’évolution de Mars, et l’histoire de l’eau. Des systèmes hydrothermaux, du type de ceux invoqués pour expliquer la présence de méthane, sont potentiellement capable d’altérer les roches crustales et relâcher l’argon dans l’atmosphère. Un modèle de remontée d’eau chaude, altération, transport et relâchement de l’argon vers l’atmosphère, et d’autres gaz comme le méthane ou le radon, pourrait être développé.
- Bien qu’aucune confirmation, ou infirmation, de la présence de méthane dans l’atmosphère de Mars ne soit attendue avant 2013, une réflexion est menée sur les mécanismes possibles de production de méthane (H. Massol). L’hypothèse que le méthane soit piégé dans la glace de subsurface sous la forme de clathrates, comme c’est probablement le cas dans l’intérieur de Titan, sera examinée.





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