La découverte récente d’un grand nombre d’exoplanètes et en particulier des planètes potentiellement habitables suscite une grande fascination. Pour modéliser les intérieurs de ces planètes, il est crucial de connaître avec précision les propriétés physiques et les équations d’état des composants planétaires. Ces matériaux se trouvent à des conditions de pressions et températures extrêmes ( 1-100 Mbar, 10^3-10^4 K), correspondantes à celles de la matière dense et tiède ou Warm Dense Matter (WDM). La description théorique de cette matière a progressé grâce aux calculs ab initio, mais reste complexe. Les données expérimentales sont fondamentales dans ce contexte.Ce projet de thèse porte sur l’étude expérimentale de trois matériaux importants pour la géophysique, le MgO, MgSiO3 et Mg2SiO4 dans le domaine ≈ 0.5-10 Mbar. Ces trois matériaux en fait sont les pôles purs magnésiens du (Fe, Mg)SiO3 and (Fe, Mg)2SiO4 qui sont parmi les composantes plus abondantes du manteau terrestre et très probablement des manteaux du Super-Terres et des noyaux des planètes géantes. Pour amener ces matériaux aux conditions typiques des intérieurs planétaires on a utilisé la technique de chocs laser. En particulier, nous avons réalisé trois campagnes expérimentales sur des grandes installations: LULI2000 (Ecole Polytechnique, France), GEKKOXII (Osaka University, Japan), MEC à LCLS (SLAC, USA). Pour chaque campagne, on a utilisé une technique différente. Sur LULI2000 et GEKKOXII nous avons étudié les propriétés de MgO, MgSiO3 et Mg2SiO4 liquide et la fusion avec des chocs décroissants couplés avec des diagnostiques optiques. Sur LULI2000 on a étudié les propriétés électroniques et structurelles du MgO liquide avec la spectroscopie XANES. Sur MEC, on a conduit une expérience de diffraction X pour déterminer les changements structuraux induits par des chocs stationnaires dans le régime solide sur le MgSiO3 et le Mg2SiO4. Dans leur ensemble, les résultats de ces expériences impliquent une révision des diagrammes de phase des matériaux étudiés. En particulier, on a déterminé un nouveau point de fusion pour le MgO (à 470 ± 40 GPa et 9860 ± 810 K), on a résolu une controverse sur la présence d’une transformation liquide-liquide dans le diagramme de phase du MgSiO3 (qui concernait une région autour de ~ 400 GPa sur la Hugoniot) et on a obtenu pour la première fois des évidences de la amorphisation de la Forsterite (Mg2SiO4 cristal) sous choc (à ~ 50 GPa sur la Hugoniot). En plus on a obtenu des informations sur la réflectivité (liée à la conductivité) pour le trois matériaux, et les données de spectroscopie XANES ont permis de comprendre le mécanisme de fermeture du gap (métallisation) du MgO sous effet de la température. / Two decades of exoplanet discoveries brought the physics of planetary interiors among the topics of broad and current interests. To advance in this field, one of the key ingredient is the knowledge of the equation of states and physical properties of planetary constituents. At the extreme conditions of planetary interiors ( 1-100 Mbar, 10^3-10^4 K), matter lies in the Warm Dense Matter (WDM) regime and theoretical descriptions are not trivial. Important progress have been done with ab-initio calculations based on differential functional theories, but such calculations need to be validated by experiments.In this thesis, we experimentally characterized phase diagrams and physical properties of MgO, MgSiO3 and Mg2SiO4 at conditions relevant for planetary science (0.5-10 Mbar). The studied compounds are the Mg end members of (Fe, Mg)SiO3 and (Fe, Mg)2SiO4 that are among the most abundant components of Earth’s mantle and are also thought to be abundant in Super-Earth’s mantle and giant planet cores. To bring these materials to planetary interior conditions we performed laser shock compression experiments at three high power laser facilities: LULI2000 (France), GEKKOXII (Japan), MEC at LCLS(USA). At LULI2000 and GEKKOXII we investigated the liquid properties and melting of MgO, MgSiO3 and Mg2SiO4 using decaying shocks coupled to visible diagnostics. At LULI2000 we studied with XANES spectroscopy MgO in the WDM regime highlighting its metallisation mechanism and structural properties in the liquid phase. Finally, at the MEC end station of LCLS, we used X-ray diffraction to measure shock induced structural changes on MgSiO3 and Mg2SiO4 in the solid region of their phase diagrams. Altogether these works, obtained with different diagnostics, imply a revision of the phase diagrams of the studied compounds. In particular we determined a new experimental melting point for MgO (at 470 ± 40 GPa and 9860 ± 810 K), we ruled out the occurrence of an MgSiO3 liquid-liquid transition (supposed to occur at ~ 400 GPa along the Hugoniot) and we evidenced for the first time the occurrence of an amorphous phase along the Forsterite (Mg2SiO4 crystal) Hugoniot (at ~50 GPa).

abstract: In this thesis, I investigate possible formation processes in the northern Claritas Fossae and the large Thaumasia graben on Mars. In particular, I assess three proposed formation hypotheses for the region: a mega-landslide across the Thaumasia plateau, originating in Tharsis and moving to the south-west; a rift system pulling apart Claritas Fossae and opening the large Thaumasia graben generally propagating in a north-south direction: and extension caused by uplifting from underlying dike swarms. Using digital terrain models (DTMs) from the High Resolution Stereo Camera (HRSC) aboard Mars Express and visual images from the Context Camera (CTX) aboard the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), I analyzed the geomorphic and structural context of the region. Specifically, I produced geomorphologic and structural feature maps, conducted sector diagram analyses of fault propagation direction, calculated and compared extension and strain in local and regional samples, analyzed along strike throw-profiles of faults, and conducted surface age estimates through crater counting. I found that no single formation mechanism fully explains the surface features seen in Northern Claritas Fossae today. Instead I, propose the following sequence of events led to the surface characteristics we now observe. The region most likely underwent two episodes of uplift and extension due to sub-surface magmatic intrusions, then experienced an extensional event which produced the large Thaumasia graben. This was followed by the emplacement of a layer of lava burying the bottom of the Thaumasia graben and the eastern edge of the region. Additional extension followed across the eastern portion of the study area, and finally of a young lava flow was emplaced abutting and overprinting the southwestern edge. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Geological Sciences 2019

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

La recherche de traces minérales ou organiques témoignant d'une habitabilité passée ou présente de la surface de la planète Mars est au coeur du programme d'exploration de la planète. De nombreuses molécules organiques ont pu être apportées ou synthétisées à la surface depuis la formation de la planète. Cependant, aucune molécule organique n'a été identifiée de manière ferme jusqu'à aujourd'hui. Or, les conditions environnementales martiennes actuelles sont favorables à l'évolution voire à la dégradation des molécules organiques à cause de la présence de rayonnement ultraviolet énergétique, de particules énergétiques et de processus d'oxydation. La compréhension de l'évolution des molécules organiques dans cet environnement permettra de préparer et d'aider à l'interprétation de futures missions d'exploration in situ de la surface de Mars comme les missions MSL 2011 et ExoMars 2018. Afin de caractériser l'évolution de la matière organique à la surface de Mars, j'ai développé un dispositif expérimental original permettant d'étudier l'évolution de molécules organiques soumises aux conditions d'irradiation et d'oxydation régnant à la surface de Mars. Ce dispositif est capable de simuler les interactions entre la matière organique, les phases minérales, la glace d'eau et le rayonnement UV. La première cible de cette étude est la glycine, un acide aminé du vivant. La glycine est rapidement photodissociée dans les conditions de température et de pression représentatives de la surface de Mars. La présence de particules minérales ne provoque pas d'effet catalyseur ou de protecteur sur l'évolution de la glycine. Au contraire la présence de glace d'eau semble accélérer la dégradation de la glycine, probablement grâce à la formation d'espèces radicalaires lors de la photolyse de la glace d'eau. Ces expériences ont permis de qualifier le dispositif expérimental et ouvrir de nombreuses perspectives.

La sonde Cassini a révélé en 2006 l'existence de lacs et de mers dans les régions polaires de Titan, la principale lune de Saturne. Ces lacs seraient remplis de méthane et d'éthane liquides, métastables à la surface de Titan, tout comme l'est l'eau sur Terre. La forme arrondie des dépressions dans lesquelles ils résident suggère une formation des dépressions par des processus volcaniques, thermokarstiques, karstiques ou évaporitiques. Cette thèse vise donc à comprendre le mécanisme de formation et le développement des dépressions lacustres sur Titan. L'étude comparative entre Ontario Lacus, la plus grande dépression lacustre de l'hémisphère Sud, et le pan d'Etosha, une dépression karstoévaporitique de Namibie, suggère un scénario de formation basé sur la dissolution d'une couche superficielle soluble dans les liquides. Cette couche se formerait par (1) cristallisation évaporitique sous climat aride de composés organiques dissous dans les liquides, et/ou (2) accumulation en surface d'hydrocarbures solides synthétisés dans l'atmosphère. Les analogies entre d'autres dépressions lacustres sur Titan et sur Terre semblent indiquer que la dissolution et l'évaporation jouent un rôle prépondérant dans le façonnement et l'évolution de la surface de Titan. La comparaison entre les climats de Titan et de la Terre indique l'existence d'un climat globalement aride, plus humide aux hautes latitudes, compatible avec les mécanismes karstiques et évaporitiques suggérés. Des expériences en laboratoire, des cartographies de composition de la surface et des études géomorphologiques futures apporteront des contraintes supplémentaires sur le lien entre ces processus et le climat de Titan.

Les techniques de télédétection sont aujourd'hui largement mises en œuvre pour l'exploration des surfaces planétaires, appelées régolites, telles que la Lune, Mercure, Mars ou les astéroïdes. La photométrie est une technique basée sur l'observation d'une surface sous des angles variés qui renseigne sur les propriétés physiques de surface : mode de diffusion des particules (diffusant vers l'avant ou rétrodiffusant), granulométrie, rugosité de surface, degré de compaction... Cette thèse est centrée sur les matériaux volcaniques et les phases amorphes (ou verres), en raison de leur importance dans les processus responsables de la formation et de l'évolution des régolites : volcanisme, cratérisation, interaction avec l'environnement spatial. À l'aide du modèle photométrique de Hapke, dont les paramètres, une fois inversés, permettent de remonter aux propriétés physiques de surface, ce sujet est exploré sous deux approches : en laboratoire et à partir de données orbitales. Les mesures multiangulaires expérimentales, réalisées avec le spectro-imageur de l'IRAP, ont permis la caractérisation photométrique de différents matériaux volcaniques granulaires naturels ayant des compositions, tailles de grains et des teneurs en verre et monocristaux variées : basaltes, sable volcanique, pyroclastiques, olivine, et verre issu de la fusion contrôlée de basalte. Suivant leur composition, formes et textures, une évolution des comportements photométriques des échantillons en fonction de la granulométrie a été notée. Les matériaux riches en verre frais et/ou monocristaux présentent un comportement spécifique peu observé jusqu'alors, ce qui permet de les distinguer des matériaux sans verre ou contenant du verre plus mature. Des mélanges basalte/verre basaltique ont également permis de mettre en évidence l'influence optique très forte et non linéaire du verre frais. Une étude photométrique du cratère lunaire Lavoisier à partir de données orbitales a montré l'applicabilité des techniques mises en œuvre en laboratoire sur des unités géologiques, et des caractéristiques photométriques propres aux dépôts pyroclastiques situés sur le plancher du cratère ont été déterminées. Un autre dépôt pyroclastique au niveau du cratère Lavoisier F montre un comportement photométrique distinct des pyroclastiques du cratère Lavoisier, témoignant d'une variété texturale, granulométrique ou compositionnelle entre ces unités. L'ensemble des résultats obtenus sur ces cratères apparaît cohérent en regard des expériences réalisées en laboratoire.

Le travail de ma these est dedie au developpement de nouvelles techniques d'investigation de la matiere dense et chaude, aussi connue sous l'acronyme WDM (pour Warm Dense Matter en anglais). Ce regime se situe a la frontiere entre la physique de la matiere condense et la physique des plasmas. Il est characterise par des densites comprises entre 0.1 et 100 fois la densite du solide et des temperatures dans l'intervalle 0.1-100 eV. Notre connaissance du comportement de la matiere dans ce regime est peu precise bien que sa comprehension soit indispensable dans differents domaines de la physique. En particulier, la connaissance de la relation entre la pression, la densite et la temperature, qui definit l'equation d'etat (EOS) est un point clef dans des domaines aussi importants que la fusion par confinement inertiel (FCI), lgeophysique, l'astrophysique, et la planetologie.