Déchiffrer les processus du système solaire précoce avec les isotopes du silicium

Deciphering processes of the early solar system with silicon isotopes

• Auteur / Autrice : Delphine Losno
• Direction : Bernard Bourdon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• 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-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Chloé Michaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Bourdon, Chloé Michaut, Harry Becker, Ingo Leya, Caroline Fitoussi, Merlin Méheut-Le Quéau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Harry Becker, Ingo Leya

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmochimie

Isotopes

Silicium

Mots clés libres

Isotopes du silicium

Océan de magma

Fractionnement isotopique

Condensation

Cosmochimie

Irradiation

Silicon isotopes

Magma ocean

Isotope fractionation

Condensation

Cosmochemistry

Irradiation

Résumé

Le travail effectué au cours cette thèse porte sur l'utilisation des isotopes du silicium pour étudier des processus ayant eu lieu dans le disque protoplanétaire qui a donné naissance au Système Solaire. Les différents objets du Système Solaire présentent des compositions isotopiques en silicium variables qui sont directement reliées à l'histoire de leur formation. Une des difficultés dans l'utilisation des isotopes du silicium comme traceurs des processus de formation planétaire réside dans la faible amplitude des variations isotopiques observées et le manque de répétabilité des mesures isotopiques publiées dans la littérature, rendant les interprétations parfois hasardeuses. La première partie de ce travail de thèse s'est ainsi concentrée sur la mise en place d'une méthode d'analyse des isotopes du silicium juste, précise et reproductible avec un spectromètre de masse à couplage inductif à plasma en multi­ collection. Grâce à cette méthode analytique, des météorites martiennes ont été mesurées et on y observe des traces de la cristallisation de l'océan de magma qui a existé juste après l'accrétion de Mars. L'étude des angrites, une catégorie très rare de météorites différentiées et riches en éléments réfractaires comme la Terre, a permis de mieux comprendre le rôle des processus de condensation au sein du disque protoplanétaire pour expliquer l'enrichissement en éléments réfractaires. Enfin, l'analyse des isotopes du Si dans des échantillons synthétiques irradiés a permis la première quantification des effets isotopiques de l'irradiation au début du Système Solaire.

The work undertaken as part of this doctoral thesis addresses the use of silicon isotopes as a means to study processes that have occurred within the Solar System protoplanetary disk. Different abjects in the Solar System display distinct silicon isotopie compositions that vary in direct correlation with their formation history. One of the difficulties when using silicon isotopes as tracers for planetary formation processes resides in the small magnitudes of the observed isotopie variations, and in the lack of repeatability of published isotopie measurements in the literature, sometimes making interpretations rather haphazard. The first part of this doctoral work focused, thus, on establishing a method for silicon isotopie analysis that is exact, precise, and reproducible with a multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer. By using this analytical method, Martian meteorites were measured and we couId observe traces of the crystallisation of the magma ocean which formed right after the Martian accretion. The study of angrites, a very rare category of differentiated meteorites with high levels of refractory elements, like the Earth, allowed to better understand the role of condensation processes within the protoplanetary disk in explaining the enrichment in refractory elements. Finally, Si isotopie analysis on synthetic irradiated samples led to the first quantification of the isotopie effects of irradiation during the early stages of the Solar System .