Hyperspectral remote sensing: mineralogy and petrology, Application to Syrtis Major volcano (Mars) and to the Oman ophiolite
Télédétection hyperspectrale : minéralogie et pétrologie, Application au volcan Syrtis Major (Mars) et à l'ophiolite d'Oman
Résumé
Mafic to ultramafic rocks can trace formation and evolution processes of planetary surfaces. To characterize these surfaces, visible-near infrared reflectance spectroscopy is well-suited because of its sensitivity to iron present in minerals. The objective of this thesis is to determine the modal composition of rocks and the chemical composition of minerals (olivine and pyroxenes).
A systematic procedure based on the Modified Gaussian Model (MGM) has been developed for characterizing spectra associated with complex mineralogies involving mixtures of olivine, orthopyroxene and clinopyroxene. Once this procedure is validated on simple cases (powders), it is implemented on complex cases corresponding to natural rocks (Martian meteorites and ophiolite samples).
Based on these learnings, mineralogical mappings are then produced from airborne and space data, respectively for the Syrtis Major volcano on Mars and the Sumail ophiolite (Oman). Our results demonstrate that Syrtis Major lavas present an enrichment in olivine (Fo50-80) and that the pyroxenes, depending on crystallisation conditions, may have compositions ranging from augite to enstatite. For Oman's ophiolite, we identify and map for the first time organized spatial variations of the modal composition within the harzburgite unit. We also characterize changes in crustal clinopyroxene compositions with petrogenetic implications.
These contributions are essential in characterizing and understanding petrologic processes inherent to the formation of planetary surfaces and should motivate the use of imaging spectroscopy for geological purposes.
A systematic procedure based on the Modified Gaussian Model (MGM) has been developed for characterizing spectra associated with complex mineralogies involving mixtures of olivine, orthopyroxene and clinopyroxene. Once this procedure is validated on simple cases (powders), it is implemented on complex cases corresponding to natural rocks (Martian meteorites and ophiolite samples).
Based on these learnings, mineralogical mappings are then produced from airborne and space data, respectively for the Syrtis Major volcano on Mars and the Sumail ophiolite (Oman). Our results demonstrate that Syrtis Major lavas present an enrichment in olivine (Fo50-80) and that the pyroxenes, depending on crystallisation conditions, may have compositions ranging from augite to enstatite. For Oman's ophiolite, we identify and map for the first time organized spatial variations of the modal composition within the harzburgite unit. We also characterize changes in crustal clinopyroxene compositions with petrogenetic implications.
These contributions are essential in characterizing and understanding petrologic processes inherent to the formation of planetary surfaces and should motivate the use of imaging spectroscopy for geological purposes.
Les roches mafiques à ultramafiques permettent de tracer les processus de formation et d'évolution des surfaces planétaires. Pour caractériser ces surfaces, la spectroscopie de réflectance visible-proche infrarouge est une technique adaptée de part sa sensibilité aux absorptions du fer présent dans les minéraux. L'objectif de cette thèse est de déterminer la composition modale des roches, ainsi que la composition chimique des minéraux constitutifs.
Nous avons développé une procédure basée sur la mise en oeuvre du Modèle Gaussien Modifié (MGM) qui permet de modéliser les spectres pour des assemblages minéralogiques complexes (olivine - orthopyroxène - clinopyroxène). Après validation de cette approche sur des données simples (poudres), la méthode a été appliquée à des roches naturelles complexes (météorites martiennes et roches d'Oman). Fort de l'expertise acquise dans cette étape intermédiaire, des cartographies minéralogiques ont alors pu être réalisées à partir de données spatiales et aéroportées, respectivement pour le volcan Syrtis Major sur Mars et le massif ophiolitique de Sumail (Oman). Nous avons ainsi montré que les laves de l'édifice volcanique présentent un enrichissement en olivine (Fo50-80) et que les pyroxènes, suivant les conditions de mise en place, peuvent avoir des compositions allant des augites aux enstatites. Pour l'ophiolite d'Oman, nous avons mis en évidence et cartographié pour la première fois des variations spatiales organisées de composition modale au sein même de l'unité harzburgitique. Nous avons également caractérisé des variations de composition dans les clinopyroxènes de la zone crustale ayant des implications pétrogénétiques.
Ces apports sont essentiels dans la caractérisation et la compréhension des processus pétrologiques inhérents à la formation des surfaces planétaires et devraient stimuler l'utilisation de l'imagerie spectroscopique à des fins géologiques.
Nous avons développé une procédure basée sur la mise en oeuvre du Modèle Gaussien Modifié (MGM) qui permet de modéliser les spectres pour des assemblages minéralogiques complexes (olivine - orthopyroxène - clinopyroxène). Après validation de cette approche sur des données simples (poudres), la méthode a été appliquée à des roches naturelles complexes (météorites martiennes et roches d'Oman). Fort de l'expertise acquise dans cette étape intermédiaire, des cartographies minéralogiques ont alors pu être réalisées à partir de données spatiales et aéroportées, respectivement pour le volcan Syrtis Major sur Mars et le massif ophiolitique de Sumail (Oman). Nous avons ainsi montré que les laves de l'édifice volcanique présentent un enrichissement en olivine (Fo50-80) et que les pyroxènes, suivant les conditions de mise en place, peuvent avoir des compositions allant des augites aux enstatites. Pour l'ophiolite d'Oman, nous avons mis en évidence et cartographié pour la première fois des variations spatiales organisées de composition modale au sein même de l'unité harzburgitique. Nous avons également caractérisé des variations de composition dans les clinopyroxènes de la zone crustale ayant des implications pétrogénétiques.
Ces apports sont essentiels dans la caractérisation et la compréhension des processus pétrologiques inhérents à la formation des surfaces planétaires et devraient stimuler l'utilisation de l'imagerie spectroscopique à des fins géologiques.