THESE de DOCTORAT de l'INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

De
Publié par

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THESE de DOCTORAT de l'INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS Spécialité: GEOPHYSIQUE PLANETAIRE présentée par Ana Rita Baptista pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS Permanence du volcanisme sur Mars; Caractérisation de la Province de Tharsis par imagerie et altimétrie Longstanding volcanism on Mars; surface and lithosphere studies of the Tharsis region using imagery and altimetry data Soutenue le 12/03/2009, devant le jury composé de Monsieur Steve Tait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Président du jury Monsieur Christophe Sotin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rapporteur Monsieur Daniel Mège . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rapporteur Monsieur François Costard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Examinateur Monsieur Nicolas Mangold. . . . . . . . . . . . . . . .Co-Directeur de Thèse Monsieur Philippe Lognonné . . . . . . . . . . . . . . . .Directeur de Thèse Département de Géophysique Spatiale et Planétaire, Institut de Physique du Globe de Paris

  • département de géophysique spatiale

  • beaux parents pour l'encouragement

  • tharsis region

  • co directeur de thèse

  • caractérisation de la province de tharsis par imagerie


Publié le : mardi 19 juin 2012
Lecture(s) : 64
Source : ipgp.fr
Nombre de pages : 247
Voir plus Voir moins

THESE de DOCTORAT
de l’INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS
Spécialité: GEOPHYSIQUE PLANETAIRE
présentée par
Ana Rita Baptista
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE
PARIS

Permanence du volcanisme sur Mars;
Caractérisation de la Province de Tharsis par
imagerie et altimétrie
Longstanding volcanism on Mars; surface and lithosphere studies of
the Tharsis region using imagery and altimetry data


Soutenue le 12/03/2009, devant le jury composé de
Monsieur Steve Tait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Président du jury
Monsieur Christophe Sotin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rapporteur
Monsieur Daniel Mège . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Rapporteur
Monsieur François Costard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Examinateur
Monsieur Nicolas Mangold. . . . . . . . . . . . . . . .Co-Directeur de Thèse
Monsieur Philippe Lognonné . . . . . . . . . . . . . . . .Directeur de Thèse


Département de Géophysique Spatiale et Planétaire,
Institut de Physique du Globe de Paris iiiii
Remerciements
Je voudrais d’abord remercier tous ceux qui ont contribué au développement de ce
travail. Au Professeur Ivo Alves qui dès le début m’a soutenue dans mes choix ainsi
qu’à Vera Fernandes et Mark Wieczorek qui m’ont ouvert la possibilité de réaliser ma
thèse à l’IPGP. Un énorme merci à Nicolas Mangold, avec qui j’ai beaucoup appris,
ainsi qu’à Philippe Lognonné d’avoir partagé son énorme expérience scientifique dans
plusieurs domaines. Merci à François Costard de m’avoir très bien reçu à Orsay.
Je voudrais aussi remercier mes collègues de travail et « partageurs d’aventures » ;
Sandrine pour son énorme sens de l’humour et esprit pointu. Damien pour sa constante
« aura » de paix et avec qui il n’y a jamais de difficultés. Sylvain qui ira certainement
changer le visage du monde (même d’autres mondes ?). Lucie et Joséphine deux très
sages « écouteuses » de mes états d’esprit et sans qui la production finale de cette thèse
n’aurait pu être littéralement possible. A Mathieu et Antoine pour votre amitié avec
toujours un très raffiné sens de l’humour. A D. Vaz pour son amitié et sa disponibilité à
résoudre les problèmes. Et à tous ceux ou celles qui avec tendresse et/ou
professionnalisme ont partagé leurs connaissances et leur amitié ; Laure, Véronique,
Hélène, Chiara, Julien, Émeline, Bénédicte, David, Renee, Essam, Chloé, Corinne,
Giovanni, Cédric, Pierdavide, Olivier, Sylvain, Tanguy, André et Patrick. Un grand
merci à Christiane pour son remarquable professionnalisme, ainsi que à Taoufik pour
être toujours disponible et prêt à résoudre les problèmes logistiques. Merci aussi à
Jeannine pour les mots si sages et agréables.
Merci aussi à mes amis « parisiens » avec qui j’ai partagé tant d’histoires et qui
connaissent aussi bien mes états d’âme ; Patricia, Catarina, Luisinho, Yann, Claudia,
Marina, Michelle, Vero, Rafael, Raquel, Samuel, Pedro. Et tous mes amis qui sont plus
loin mais aussi présents, não é gajas ? Tininha não me esqueci de ti !
Enfin, il me reste à remercier ma famille et mes parents, pelo vosso apoio incondicional
em cada fase da minha vida. A mes beaux parents pour l’encouragement et leur soutien
dans la dernière ligne droite de cette thèse. The last but not the least, à Régis, avec qui,
ensemble, nous allons conquérir le monde! ivv
“L’Homme doit s’élever au-dessus de la Terre,
aux limites de l’atmosphère et au-delà,
ainsi seulement pourra-t-il comprendre tout à fait
le monde dans lequel il vit.”
Socrate viTable des matières 1
Généralités sur Mars et Objectifs de ce mémoire de Thèse 5
Part I – Introduction 15

1. Le Flux Thermique sur Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1 La Planète Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2 Composition de la Planète Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.1 Les Météorites SNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3 L’Epaisseur de la croûte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4 Isotopes Radioactifs à l’intérieur de Mars – Géothermométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.5 Le Flux Volcanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.6 Le Magnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.6.1 Les Sources du Champ Magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.6.2 Les Minéraux responsables de l'existence de Magnétisation Rémanente . . . . . . . . . 33
1.6.3. La Distribution du Champ Magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2. Mars topography deduced by satellites 37
2.1 Data Used in this Dissertation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 MOLA Data and its application on Martian Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 DEM Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.1 DEM Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4. The Martian Geoid calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5. The implication of Tharsis on the Geoids’ calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
iPart II – The role of Syria Planum on the Tharsis Volcanism 49

3. The Syria Planum Formation and its role
on the Tharsis Volcanism 51
3.1 Introduction to Tharsis Volcanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.1 Volcano - Tectonic description of Tharsis . . . . . 57
3.1.2 Volcano-tectonic origin of Tharsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.1.3 Longstanding Volcanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.1.4 Small shield Volcanoes – The interest of its study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2 Syria Planum Volcanism and Tectonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.1 Analysis of Syria Planum Small Shield Volcanoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.2 Dating Syria Planum Small Shield Volcanoes – Crater counts Method . . . . . . . . .81
3.2.3 Characterization of the lava flow’s unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.3.1 Morphology and lavas origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.3.2 Lava Flows Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.2.4 Syria Planum Tectonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.5 Chronology of volcanic and tectonic episodes on Syria Planum . . . . . . . . . . . . . . 94
3.3 The importance of Syria Planum on the volcanic context of Tharsis . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.4 Comparison of Syria Planum with other volcanoes on Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.5 Comparison of Syria Planum with other volcanoes on the Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.6 Darcy’s law equation applied to determine small shields’ rheology . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.7 Summary and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Part III – Heat flux Conductive Model of the Tharsis Crust 109
4. Steady-state Analysis of Conductive Heat Flow
within a Thick Crust 111
4.1 Heat transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.1.2 The Fourier’s Law of Heat . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 115
4.1.3 Energy Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.1.4 Steady Two- and Three-Dimensional Heat Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.1.5 Heat sources of a Planet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.1.6 Heat Generation by the Decay of Radiogenic Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
ii4.2 Conductive Heat Flow Problem for Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
4.3 Method description in 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.3.1 Application Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.3.2 Subdomain Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3.3 Boundary Conditions and Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.3.4 Method Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.5 Geometry and Mesh Discretization . . . . . . . . . 128
4.3.6 Choice of Parameters Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.3.7 Subdomain and Boundary settings for Models M1-M7 and MSL . . . . . . . . . . . . 136
4.4 Data Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.4.1 Crustal Thickness Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.4.2 Moho Depth Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.4.3 Temperature Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.4.4 Heat Flow Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.5 Topographic Correction to the Heat Flux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
4.4 Discussion of the Obtained Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4.5 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Part IV – Discussion and Conclusions 173
5. Global Discussion from the Work developed during the PhD 175
6. Conclusions 177
7. Further Work and Perspectives 179
References 183
Annexes 203
Baptista et al. [2008]
iiiListe des Acronymes et Notations 227
Liste des Figures et Légendes 229
Liste des Tableaux et Légendes 238
Summary/Résumé 241
iv

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.