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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - Sorbonne Université/CNRS/IRD/MNHN

4. Éléments volatils dans les petits corps du système solaire et la poussière proto-planétaire

D’après les modèles dynamiques de formation du système solaire, un transport important de petits corps du système solaire externe vers les zones internes et externes du système proto-planétaire a dû prendre place durant l’accrétion. La Terre a ainsi pu s’enrichir significativement en éléments volatils, en particulier H, C et N, durant ces processus.  Comprendre les processus de fixation des éléments volatils aux premiers solides formés dans le système solaire et leur transfert pendant la formation des corps rocheux nous éclaire donc sur l’origine et l’inventaire des éléments volatils dans les planètes telluriques. Plusieurs projets visent à étudier l’origine, la spéciation et la stabilité des phases porteuses d’eau, de carbone ou d’azote dans les solides précoces du système solaire. Ces questions sont abordées par différentes approches, depuis des études minéralogiques ou isotopiques des chondrites, à des études expérimentales.

 

Fractionnement élémentaire et isotopique des éléments volatils

Des études expérimentales sont focalisées sur les fractionnements élémentaires et isotopiques des éléments volatils durant les interactions entre les premiers solides présents dans le disque proto-planétaire et dans le corps parent des chondrites, les liquides, et les gaz environnants. Le fractionnement des isotopes d’éléments légers causés par irradiation ionisante de précurseurs organiques ou silicatés est aussi un important thème de recherche (COSMO, ROCKS). Une autre question importante étudiée par le biais du partage des éléments et des isotopes, notamment H et O, est liée à la distribution de ces éléments dans les chondrites, dans lequels se trouvent diverses phases hydratées et des molécules organiques (COSMO, ROCKS). La signature isotopique de H dans ces phases est un outil puissant pour déterminer leur origine dans les chondrites et déterminer leur influence sur la composition de la Terre. Le contenu en H et C des chondres, supposés s’être formés à haute température à partir de précurseurs condensés dans la nébuleuse solaire, est beaucoup moins bien connu. À l’aide d’études par NanoSIMS, leur contenu en eau et la signature isotopique de l’hydrogène peuvent être déterminées à micro-échelle et utilisées pour déterminer l’origine de l’eau dans les chondres et affiner les modèles d’apport d’eau à la Terre (ROCKS). Les inclusions réfractaires des météorites, qui font partie des plus anciens solides du système solaire, peuvent aussi contenir des traces d’eau, étudiées également par NanoSIMS (COSMO, ROCKS). Ces études apportent un éclairage nouveau sur les processus qui ont influencé la formation des solides dans le système solaire. 

 

Processus minéralogique d’hydratation et de déshydratation

 

Les processus d’hydratation des petits corps du système solaire sont étudiés dans l’équipe PALM au moyen d’études minéralogiques jusqu’à la nano-échelle et de la détermination de la cristallochimie des phases hydratées. Les principaux produits des interactions fluides-roches sur les astéroïdes sont des phyllosilicates (fréquemment des serpentines) avec un contenu en fer élevé, et dont les conditions de formation et de stabilité sont encore mal connues. Leur compréhension apporterait des clefs à la compréhension des conditions d’hydratation de leur corps parent, à un stade précoce de la formation du système solaire. Deux approches sont combinées, la minéralogie fine des chondrites carbonées (cristallochimie par STXM-XANES et MET, nano-tomographie de diffraction X des assemblages d’altération) et des expériences (altération de phases chondritiques primaires, croissance cristalline de serpentines chondritiques, évaluation des processus d’oxydation du fer en milieu anoxique) par le biais de collaborations (Biominéraux, plateforme expérimentale de DRX).

Pour comprendre la façon dont les vecteurs astéroïdaux de l’eau peuvent délivrer celle-ci lors d’impacts entre planétésimaux et planète en formation, il est essentiel d’évaluer la volatilité de H sous des conditions de température, pression, et de dynamique réalistes. Nous développons des expériences de déshydratation sous choc de matériaux analogues aux matériaux chondritiques porteurs d’eau. Nous étudions à la fois in situ et ex situ les processus de déshydratation sous choc de serpentines et autres phases hydratées en utilisant la spectroscopie d’absorption X, la DRX, les spectroscopies IR et Raman et le MET (PALM, MP3, TQM).

20/12/17

Traductions :