Depuis 2004, les rovers Spirit et Opportunity de la mission MER (Mars Exploration Rover) explorent leurs sites d'atterrissage respectifs, le cratère Gusev et les plaines de Meridiani. Ces travaux de thèse portent sur l'analyse et l'interprétation des données de l'instrument APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer), situé au bout du bras articulé de chacun des rovers, dont le rôle est de déterminer la composition chimique des roches et des sols martiens par spectrométrie X. Grâce à leur surprenante longévité, Spirit et Opportunity ont pu s'éloigner à plusieurs km de leurs lieux d'atterrissage initiaux et les APXS ont analysé de nombreux échantillons fournissant des indices sur le rôle que l'eau a pu jouer dans le passé martien. J'ai d'abord choisi d'étudier cette diversité d'échantillons à l'aide d'une approche d'analyse multidimensionnelle. Ceci m'a permis de réaliser une classification des échantillons et de mettre en évidence les relations pétrogénétiques entre les roches et les sols de Gusev et Meridiani. Je présenterai les principaux résultats obtenus grâce à cette méthode ainsi que leur lien avec l'organisation spatiale et stratigraphique des échantillons. Je montrerai ensuite comment ces résultats m'ont incité à tester un modèle géochimique numérique d'altération de basalte martien par un brouillard acide de SO3. Je décrirai les hypothèses de ce modèle avant d'en comparer les résultats avec les données MER. Nous verrons enfin quelles en sont les implications, au niveau de la géologie des sites de Gusev et Meridiani et plus généralement vis-à-vis de l'histoire géologique de Mars et des conditions qui ont prévalu à sa surface dans le passé.

The Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS) on the Mars Exploration Rovers possesses the ability to detect carbon and oxygen within martian samples via Rutherford backscattering principles. Several consecutive measurements of the martian atmosphere by Spirit, paralleled by Monte Carlo simulations, provided an energy calibration to mitigate the absence of an alpha-mode calibration pre-flight. Data from a pre-flight thermal acceptance test agreed with this energy calibration, confirming the presence of an unexpected offset. Correcting a bug in the APXS firmware resulted in a temperature-independent energy scale. A model was developed and applied to all atmospheric data illustrating a dip in atmospheric peak areas, potentially arising from a week-long weather event on Mars. An early expansion of this model to solid samples has not yet been able to detect any hydrated minerals or carbonates. Preliminary investigations into determining martian atmospheric pressure and potential elemental layering within samples shows promise.

Martian clouds and dust play an important part of the radiative transfer and energy balance budget. To assist in fully understanding the impact of clouds and dust, the complete diurnal cycle needs to be characterized. One of the best methods to track diurnal variations on Mars is by measuring optical depth. The spatial and temporal trends of optical depth give insight into the dust and water cycles of the Martian atmosphere. Until now, spacecraft could only obtain optical depth during the day. In this thesis, nighttime images from the Mars Exploration Rover Spirit are used to calculate nighttime optical depth using photometric methods to capture star flux. Bright stars in well-known constellations are used in this analysis. The observed flux was compared to the expected flux to give nighttime optical depth values. The observed nighttime optical depth was consistently similar to the daytime optical depth values on both an individual image and sol-averaged basis. Recommendations are made going forward to use the Mars Science Laboratory Curiosity for conducting an optimal nighttime optical depth campaign to fully characterize the diurnal dust and water cycles of Mars. The Curiosity rover is well suited for nighttime imaging and can potentially provide valuable insight into the nighttime dust and cloud trends.