Analyses spectroscopiques multi-techniques avec SuperCam, Mars 2020 : application à l'étude des carbonates

Abstract

Dans le cadre de la mission Mars 2020 (NASA), l'instrument SuperCam permet la caractérisation de cibles géologiques à plusieurs mètres de distance autour du rover, notamment via des techniques de spectroscopie basées sur l'utilisation d'impulsions laser -- LIBS, Raman, luminescence -- et de la spectroscopie de réflectance du rayonnement solaire dans les domaines visible et infrarouge (VISIR).Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire traitent de l'intérêt de combiner ces différentes techniques pour renforcer les interprétations géologiques, en particulier pour la caractérisation des carbonates.Pour cela, nous cherchons à approfondir la compréhension des processus physiques mis en jeu, des données spectrales, et des outils numériques qui permettent d'en extraire l'information.Nous avons mis en place un nouveau banc de test, pour tirer parti de la résolution temporelle dans le cadre des spectroscopies LIBS, Raman et de luminescence, en conditions atmosphériques martiennes. À travers l'étude de la luminescence induite par plasma, et de sa faisabilité sur Mars, nous avons exploré la diversité des émissions associées au plasma d'ablation, les régimes d'excitation, et l'influence des conditions atmosphériques.En revanche, l'analyse du fond continu détecté dans les spectres Raman reste à approfondir.Par ailleurs, nous avons assemblé une base de données LIBS - Raman - VISIR pour explorer différentes stratégies d'analyse de données mono- ou multi-techniques. Notre approche numérique, basée sur des forêts aléatoires, a mis à jour des biais liés à la base de données d'apprentissage ou à l'algorithme, mais surtout des situations dans lesquelles la fusion de données permet de renforcer les performances de classification et de révéler des corrélations entre les variables des différentes techniques.Nous avons ensuite appliqué les leçons tirées de ces études aux analyses effectuées sur Mars avec SuperCam. En particulier, nous avons identifié plusieurs phases de carbonates dans le cratère Jezero, montrant l'efficacité de la synergie des techniques spectroscopiques de SuperCam pour cette étude, et permettant de tracer de multiples épisodes d'altération aqueuse dans le cratère.