A spectroscopic study of water vapor on Mars

Une étude spectroscopique de la vapeur d’eau sur Mars La vapeur d'eau est un composant mineur dans l'atmosphère de Mars, mais elle joue un rôle significatif dans la formation du climat actuel de la planète. L'eau était autrefois beaucoup plus abondante, ce qui se traduit aujourd'hui par des caractéristiques telles que des lits de rivières asséchées, des canaux d'écoulement et des minéraux hydratés, suscitant ainsi des recherches approfondies sur sa disparition. La vapeur d'eau atmosphérique a été largement surveillée et étudiée au cours des dernières décennies, et la plupart de ses caractéristiques chimiques et dynamiques sont désormais connues. Cependant, l'une des rares difficultés restantes concerne sa distribution verticale. Des missions telles que Mars Express, MAVEN et ExoMars Trace gas Orbiter ont ouvert une nouvelle ère dans les études de profils verticaux de l'eau, fournissant des informations précieuses. Cependant, l'accès à la partie la plus basse de l'atmosphère est resté limité. La vapeur d'eau est généralement supposée avoir une distribution uniforme en dessous de la couche de condensation des nuages, mais certaines mesures remettent en question cette hypothèse, suggérant un profil plus complexe près de la surface où les échanges entre le régolithe et l'atmosphère pourraient jouer un rôle.Le principal travail de cette thèse est lié à la vapeur d'eau, avec pour objectif l'étude de la teneur en eau près de la surface dans un contexte saisonnier et géographique. Pour cela, nous avons exploré deux techniques non conventionnelles : une méthode de synergie spectrale appliquée aux observations au nadir, et des observations spectroscopiques infrarouges de surface. Cette thèse contient également un chapitre sur la météo spatiale martienne, qui présente des travaux secondaires menés tout au long de cette thèse.La synergie spectrale utilise des spectres infrarouges proches et thermiques provenant respectivement du SPICAM et du PFS sur Mars Express. La vapeur d'eau est récupérée simultanément à partir des deux bandes spectrales, et comme ces deux intervalles de longueurs d'onde sont sensibles à des régions altitudinales atmosphériques distinctes, le degré de liberté accru qui en résulte permet d'obtenir des informations sur la distribution verticale. La synergie a été appliquée à près de 200 000 observations co-localisées, échantillonnées sur environ huit années martiennes. Des climatologies composites d'abondances de colonne très précises et de profils verticaux ont été rassemblées. Les abondances de colonne s'accordaient avec les études précédentes, mais les résultats présentaient des différences significatives avec la base de données climatiques de Mars, autant pour les abondances de colonne que la distribution verticale. Le pic de sublimation printanier a été observé comme moins extrême et son apparition était plus tardive par rapport au modèle. Le confinement vertical est observé comme étant plus fort par rapport au modèle dans presque toutes les saisons et latitudes, et la distribution est rarement uniforme. Le confinement en fonction de la saison et de la latitude a été étudié en détail, et un comportement de type ondulation latitudinale a été découvert.Pour les observations de surface, nous utilisons le spectromètre infrarouge de SuperCam sur le rover Perseverance, et réalisons des mesures dites "passives du ciel". À ce jour, nous avons effectué 64 observations régulières sur une année martienne. Dans la technique du ciel passif, des spectres infrarouges sont acquis à deux angles d'élévation puis rationnés afin d'éliminer les effets continus et instrumentaux. Le spectre résultant est principalement sensible à l'atmosphère en dessous de 15 km et peut donc sonder directement des altitudes peu accessibles depuis l'orbite. Nous présentons ici les progrès réalisés en matière de traitement des données et de développement d'un outil de récupération. Un modèle direct et une routine de minimisation ont été composés et sont en cours de test et de d'amélioration.