Les isotopes du zinc et de l'étain en géochimie et cosmochimie

Zn and Sn isotopes in geochemistry and cosmochemistry

• Auteur / Autrice : Quentin Amet
• Direction : Caroline Fitoussi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 04/02/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Jury : Président / Présidente : Mathieu Roskosz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Fitoussi, Mathieu Roskosz, Nadine Mattielli, François Tissot, James Badro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Mattielli, François Tissot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmochimie

Géochimie

Isotopes

Zinc

Étain

Mots clés libres

Sn

Zn

Isotopes

Éléments volatils

Géochimie

Cosmochimie

Sn

Zn

Isotopes

Volatile elements

Geochemistry

Cosmochemistry

Résumé

Ce projet de thèse s’articule autour de l’étude du fractionnement isotopique de l’étain (Sn) et du zinc(Zn) dans le système solaire. Etant deux éléments modérément volatils, les isotopes de ces éléments sont sensibles aux processus d’évaporation et de condensation. L’étude des fractionnements isotopiques du Zn et de l’Sn permet donc de mieux comprendre l’appauvrissement en éléments volatils des planètes telluriques et des météorites. Une méthode de mesure de composition isotopique en Zn a été développée au cours de la thèse. Le premier objectif a ensuite été de déterminer la composition isotopique en Sn et Zn du manteau global de la Terre. Pour cela, il a été nécessaire de comprendre le comportement des isotopes de ces deux systèmes au cours des processus magmatiques grâce à des mesures isotopiques et au développement de modèles associés. Ces derniers nécessitent, pour être quantitatifs, la connaissance des facteurs de fractionnement isotopiques, ce qui n’existait pas jusqu’ici pour les isotopes de l’étain. Ils ont été déterminés par deux méthodes indépendantes : la spectroscopie NRIXS et la spectrométrie de masse associée à des expériences d’équilibres métal-silicate. A partir de ces résultats, il a été possible de discuter des implications quant à la formation du noyau terrestre et sur la composition de la Terre globale.

This project focuses on the study of the isotopic fractionation of tin (Sn) and zinc (Zn) in the solar system. Being two moderately volatile elements, the isotopes of these elements are sensitive to evaporation and condensation processes. Therefore, the study of Zn and Sn isotope fractionation provides tools to better understand volatile element depletion in terrestrial planets and meteorites. A method for measuring Zn isotope composition was developed during the thesis. The first objective of this thesis was to determine the Sn and Zn isotope compositions of the Earth’s mantle. To do that, the first step consisted in understanding the behavior of both isotope systems during magmatic processes using isotope measurements and modelling of partial melting and fractional crystallization. In order to develop a quantitative model, we determined the isotope fractionation factors (which were unknown in the case of Sn) using two independent methods: NRIXS spectroscopy and mass spectrometry associated with metal-silicate equilibrium experiments. Based on these results, we discussed the implications concerning core formation on Earth and the Sn isotope composition of the bulk Earth.