Minéralogie et composition isotopique des phases d’altération des premières roches du Système Solaire

Mineralogy and isotopic composition of the alteration phases in the first rocks formed in the Solar System

• Auteur / Autrice : Dan Lévy
• Direction : Jérôme Aléon, Alice Aléon-Toppani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cosmochimie
• Date : Soutenance le 14/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....) - Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Jury : Président / Présidente : Sara Samantha Russell
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lydie Bonal, Laurent Remusat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Deloule, Guy Libourel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmochimie

Chimie des hautes températures

Hypothèse nébulaire

Composition chimique

Chondrites (météorites)

Mots clés libres

CAI composée

E101.1

Altération nébulaire

Développement analytique

Rapport D/H

Sections FIB

Compound CAI

E101.1

Nebular alteration

Analytical development

D/H ratio

FIB sections

Résumé

Les inclusions réfractaires riches en calcium et en aluminium (CAIs) sont les premiers objets solides du système solaire à s'être formés. Malgré 4,568 Ga d'évolution, on peut remonter à leurs conditions de formation et dire qu'elles se sont formées à plus de 1200 °C dans des conditions très réductrices près du Soleil jeune. Les phases secondaires présentes dans les CAIs suggèrent quant à elles une formation dans des conditions plus oxydantes et/ou à plus basse température. La plupart de ces phases ont été interprétées comme provenant d'évènements tardifs. Néanmoins, une origine nébulaire de certaines phases secondaires reste débattue. L'objectif de cette thèse est de vérifier en couplant différentes techniques si certaines phases secondaires se seraient formées lors de la formation des CAIs dans la nébuleuse. Pour cela une CAI composée, nommée E101.1, provenant de la météorite CV3 réduite Efremovka a été étudiée. Cette CAI a été choisie car comportant des phases riches en FeO incluses dans des diopsides eux-mêmes inclus dans la CAI hôte. Ces phases ont été caractérisées comme de la Fe-åkermanite, des assemblages à grains fins associés à de la kirschsteinite et de la wollastonite. L'étude pétrologique et texturale de ces phases réalisée pendant cette thèse a permis de suggérer que la kirschsteinite et la wollastonite s'étaient formées dans la nébuleuse au sein de précurseurs riches en diopside et anorthite. La Fe-åkermanite résulterait de l'incorporation de ces précurseurs dans une CAI de type A partiellement fondue. Cela est cohérent avec des expériences en pétrologie expérimentale qui ont été entamées. Après avoir développé une méthode d'imagerie du rapport D/H dans des sections ultraminces de minéraux peu hydratés en NanoSIMS, les δD des différents minéraux d'E101.1 ont été mesurés. Les valeurs les plus basses jamais mesurées dans un échantillon météoritique ont ainsi été répertoriées au sein de l'anorthite avec un δD de -817 ± 185 ‰ (2σ). Cette valeur est en accord avec une formation près du Soleil jeune. Les assemblages à grains fins ont des valeurs allant jusque 1250 ± 516 ‰ (2σ). La kirschsteinite a quant à elle un δD chondritique de 163 ± 201 ‰ (2σ). Les valeurs élevées ont été attribuées, en accord avec les observations pétrologiques, à la capture des xénolithes. La kirschsteinite et la wollastonite se sont donc formées dans la nébuleuse dans un réservoir avec une composition isotopique en H chondritique. Cela signifie que le D/H de l'eau dans la nébuleuse serait passé d'une valeur solaire à une valeur presque terrestre en quelques centaines de milliers d'années maximum. Ces approches complémentaires nous ont ainsi permis de montrer la présence de phases d’altération nébulaires dans une CAI et qu’un épisode oxydant non prédit par la thermodynamique a eu lieu dans la nébuleuse.

Calcium and aluminium-rich inclusions (CAIs) are the first solid objects formed in the solar system 4.568 Ga ago. We can estimate that they formed at a temperature higher than 1200 °C in very reducing conditions near the young Sun. In contrast, secondary phases found in CAIs suggest oxidizing and/or low temperature conditions. Most of these phases were interpreted as formed lately. However, a nebular origin of some secondary phases is still debated. The purpose of the thesis is to test if some secondary phases could have formed during CAI formation in the nebula using coupled different techniques. A compound CAI, named E101.1, from the CV3 reduced chondritic meteorite Efremovka was studied. This CAI is relevant for the study because it contains FeO-rich phases enclosed in diopside enclosed itself in the host CAI. These phases were characterized as Fe-åkermanite, kirschsteinite, fine-grained assemblage associated with wollastonite. The petrologic and textural study of these phases carried out during the thesis suggests that kirschsteinite and wollastonite formed in the nebula within an anorthite and diopside-rich precursors. Fe-åkermanite likely crystallized during the precursor incorporation into the partially melted host CAI. This is consistent with the first results of petrologic experiments that were initiated. After developping NanoSIMS imaging of D/H ratio on FIB (Focused Ion Beam) sections in weakly hydrated minerals, the δD of E101.1 minerals were measured. The lowest values ever measured in a meteoritic sample were found in anorhite with a δD of -817 ± 185 ‰ (2σ). This value is consistent with a formation near the young Sun. The fine-grained assemblage has high δD values up to 1250 ± 516 ‰ (2σ). Kirschsteinite has chondritic δD value: 163 ± 201 ‰ (2σ). The high values were attributed to evaporation during the xenolith capture in agreement with petrologic obervations which implies that kirschsteinite and wollastonite formed in the nebula in a reservoir with a chondritic H isotopic composition. This means that the D/H ratio of the nebula water passed from a solar value to a nearly terrestrial value in several hundred thousand years maximum. These complementary approaches hence showed the presence of nebular alteration phases in a CAI and that a non-predicted thermodynamical oxidizing event occured in the nebula.