Techniques utilisées pour l’ISAR:

Microscopie optique:

La microscopie optique sur lames minces est une technique de base de la géologie. Elle est utilisée pour l’étude pétrologique et petrographique des roches. Lors des missions spatiales in situ, l’imagerie optique à fort grandissement est réalisée à l’aide de caméras et de microscopes optiques sur la surface brute ou légèrement abrasée de la roche, ou sur poudre.

Instruments utilisés:

- Olympus BX 51

Grandissement jusqu’à 1000x. CBM, Orléans, France.

Diffraction des rayons X (DRX):

La diffraction des rayons X permet d’identifier un minéral à partir de ses paramètres de maille cristalline. Cette technique est généralement utilisée sur des poudres mais peut également être utilisée sur des échantillons massifs ou des lames minces. Cette technique est utilisée sur Mars par la mission MSL (instrument APXS).

Instruments utilisés:

- INEL XRM3000/CPS120

Equipé d’un faisceau λ K_α émis par un générateur au Co. ISTO, Orléans, France.

- Brucker D8 Advance

Equipé d’une anticathode au Cu (λ_CuKα = 1.541838 Å). Hydrasa, Poitiers, France.

Spectroscopie infrarouge:

La spectroscopie infrarouge permet d’identifier les minéraux et les phases organiques dans un échantillon à partir des spectres de vibrations des liaisons atomiques. En géologie, cette technique est la plupart du temps utilisée en transmission sur des pastilles faites de poudre d’échantillon et de KBr. Cependant, des analyses en réflectance sur de la poudre, des lames minces ou des échantillons massifs sont également possibles. Une grande partie des données minéralogiques de Mars a été obtenue par spectroscopie IR depuis l’orbite (MRO, Mars Express). Cette technique est largement utilisée pour l’exploration spatiale in situ (MSL, ExoMars 2020, Mars 2020, Rosetta…).

Instruments utilisés:

- Spectromètre Nicolet

Longueur d’onde 400 à 4000 nm. ISTO, Orléans, France.

- Nicolet Magna IR 760 ESP

Longueur d’onde 400 à 4000 nm pour les analyses en transmission. Une sphère d'inégration Thermo scientifique proche IR Nicolet 6700 FT-IR est associée au sytème pour les analyses en réflectance, longueur d’onde 4000 à 10000 nm. Hydrasa, Poitiers, France.

Spectroscopie Raman:

La spectroscopie Raman utilise un laser pour identifier les phases minérales et organiques d’un échantillon à partir des spectres de vibrations des liasions atomiques. C’est une technique non destructive pouvant être utilisée sur des échantillons bruts, des lames minces ou des poudres. Des cartographies compositionnelles en 2D et 3D peuvent être obtenues sur des sytèmes confocaux à balayage. Des spectromètres Raman seront utilisé lors des futures missions ExoMars 2020 (RLS) et Mars 2020 (SHERLOCet SuperCam).

Instruments utilisés:

- WITec Alpha500 RA

Equipé d’un laser vert (Nd:YAG doublé en fréquence, λ = 532 nm) et d’une diode laser proche IR (λ = 785 nm). Balayage jusqu’à 10x15 cm². Système confocal pour cartographie 3D. CBM, Orléans, France.

Microscopie électronique à balayage (MEB):

La microscopie électronique à balayage utilise un faisceau d’électrons pour scanner la surface d’un échantillon à très haute résolution (imagerie à l’échelle sub-micrométrique). Du fait des interactions électrons/matière, cette technique permet également de réaliser des analyses élémentaires par analyse dispersive en énergie (EDX ) par exemple. Les MEBs n’ont pas encore été suffisamment miniaturisés pour l’exploration spatiale.

Instruments utilisés:

- JSM-6400 JEOL

Equipé d’un filament de tungstène et travaillant entre 0.2 et 40 kV. Grandissement maximal 300000x. ISTO, Orléans, France.

- FEG-SEM Hitachi S4200

Equipé d’un canon à émission de champ et d’un détecteur EDX. Centre de Microscopie Electronique, Université d’Orléans, France.

Microsonde électronique:

La microsonde électronique est une méthode spectroscopique utilisant les rayons X émis lors de l’interaction entre un faisceau d’électrons et l’échantillon pour déterminer sa composition élémentaire (formule structurale des minéraux) avec une très grande précision. En balayant la surface avec le faisceau, il est possible d’en obtenir la cartographie élémentaire. Les microsondes électroniques n’ont pas encore été miniaturisées pour l’exploration spatiale.

Instruments utilisés:

- Cameca SX50

Equipée de 5 spectromètres avec des monochromateurs classiques (PET, LiF et TAP ) pour les analyses chimiques et des monochromateurs spéciaux (Ni-C, W-Si et Mo-B₄C) pour les éléments légers. Du MEB basse résolution est également possible. ISTO, Orléans, France.

Spectromètre Mössbauer:

La spectrométrie Mössbauer utilise des rayons gamma pour déterminer le degré d’oxidation et l’environement chimique dans un échantillon. Cette technique est largement utilisée pour l’étude des minéraux contenant du fer. Les MERs Sprit et Opportunity et la sonde Beagle 2 étaient équipés avec des spectromètres Mössbauer.

Instruments utilisés:

- Simulateur de MIMOS II

Simulateur analogue du spectromètre Mössbauer spatial MIMOS II. Guttenberg University, G. Klingelhöffer team, Mainz, Germany.

Cathodoluminescence:

La cathodoluminescence est utilisée pour la détection des éléments en traces et des défauts cristallins dans les minéraux à partir de la photoluminescence induite par un faisceau d’électrons. Elle peut être utilisée sur lames minces ou sur échantillons massifs. La cathodoluminescence n’a pas encore été miniaturisées pour l’exploration spatiale mais elle pourrait l’être dans un futur proche.

Instruments utilisés:

- Chambre Cathodyn

Développée par OPEA et couplée à un microscope simple, une caméra réfroidie haute qualité et un spectromètre. Elle utilise une source froide d’électrons. ISTO, Orléans, France.

Spectromètrie par torche à plasma (ICP-MS/OES):

La spectromètrie par torche à plasma est utilisée pour faire l’analyse de la composition élémentaire. Les éléments ionisés par un plasma d’azote sont analysés par deux techniques principales: la spectroscopie d’émission optique (ICP-OES ) pour les éléments majeurs et la spectromètrie de masse (ICP-MS ) pour les éléments en trace. L’ICP n’a pas encore été envoyée dans l’espace.

Instruments utilisés:

- Thermo Elemental IRIS radial (ICP-OES ) et Thermo Elemental X7 (ICP-MS )

SARM, CRPG, Nancy, France.