Incorporation des gaz rares dans la matière organique primitive du système solaire

Incorporation of noble gases into primitive organic matter of solar system

• Auteur / Autrice : Yves Marrocchi
• Direction : Bernard Marty, Mike Toplis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone

Xénon

Composition chimique

Météorites

Composés organiques

Absorption et adsorption

Origines

Gaz rares

Résumé

L'origine de la matière organique insoluble des météorites et des gaz rares associés est très mal comprise. Des expériences ont été effectuées lors de cette thèse afin de mieux cerner les environnements plausibles de formation. L'adsorption physique basse pression permet de reproduire les abondances et le fractionnement élémentaire des gaz rares pour un intervalle de température de 80- 100 K mais ne permet pas de rendre compte de la forte rétention des gaz rares dans la matière organique. De plus, les phénomènes d'adsoprtion n'induisent pas un fractionnement isotopique mesurable. Une expérience de solvatation sur la matière organique insoluble d'Orgueil (CI) révèle le piégeage dans le volume des gaz rares P1. Ces résultats suggèrent un piégeage d'origine mécanique de ces gaz dans la structure organique. Deux mécanismes ont ainsi été testés pour reproduire ces caractéristiques. La sublimation-condensation de matière organique sous atmosphère de xénon ionisé permet de rendre compte du fractionnement isotopique de 1 %/uma observé pour les gaz rares Pl par rapport à la composante solaire. Ces résultats démontrent la possibilité de produire les caratéristiques du pôle P1 à partir d'une nébuleuse de compositon solaire. Cependant, ce mécanisme ne permet pas de reproduire les di-radicaux observés dans la matière organique insoluble des météorites par résonance paramagnétique électronique. Ce résultat tend à favoriser une origine interstellaire de la matière organique des météorites. A ce titre, un autre mécanisme a été étudié: le changement de phase nanodiamants oignons de carbone. Les nanodiamants représentent une importante quantité du carbone interstellaire et peuvent subir une transformation en oignons de carbone sous des conditions thermiques ou d'irradiations intenses. Des expériences de chauffage de nanodiamants sous une atmosphère de xénon ont été réalisées. Elles révélent la très grande rétention thermique du xénon piégé dans la nouvelle structure avec une température maximum de relâche située à 800ʿC. Outre leur très grande stabilité thermique, les oignons de carbone ont été observés dans les météorites et leur lien génétique avec les nanodiamants en font un des candidats les plus sérieux au titre de porteur des gaz rares P1.

The origin of the meteoritic organic matter and associated noble gases is poorly constrained. Experiments have been performed during this thesis in order to better constrain the possible environments of formation. Low pressure adsorption reproduces the concentration and elemental pattern of noble gases in the temperature range 80-100 K, but cannot explain the significant retention of noble gases within the organic structure. Ln addition, Rayleigh-type distillation experiments induced by adsorption do not show measurable isotopic fractionation. A solvation experiment carried out on insoluble organic matter of Orgueil (CI) reveals the volume trapping of Pl noble gases. This result suggests a mechanical trapping of P1 noble gases in the organic structure. Two syntheses have been carried out in order to reproduce these characteristics. Sublimation- condensation experiments under an ionizing xenon atmosphere reproduces the isotopic fractionation observed for P1 noble gases compared to the solar composition. This result shows that the Pl composition can be generated from a nebula of solar composition. However, this condensation process does not allow the diradicaloids observed by electron paramagnetic resonance to be reproduced. This result strongly suggests an interstellar origin of insoluble organic matter and associated P1 noble gases. Then, the second mechanism was tested : the transformation of nanodiamonds to carbon onions. Nanodiamonds represent an important part of the interstellar carbon and could undergo change to carbon onions under heating or irradiation conditions. Nanodiamonds heating experiments have been carried out. They reveal significant retention of trapped xenon with the maximum temperature release occurring at 800ʿC. This characteristic, coupled with the detection of carbon onions in primitive meteorites and their genetic link with nanodiamonds, strongly suggests that this structure could be advocated as the P1 noble gas carrier in meteorites.