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Formation des chondres : précurseurs et chronologie, Formation of chondrules : precursors and chronology

De
295 pages
Sous la direction de Marc Chaussidon, Guy Libourel
Thèse soutenue le 01 juillet 2010: INPL
Les chondres, sphérules infra-millimétriques composées de minéraux silicatés de haute température, sont les constituants majeurs des météorites primitives. Ils présentent d'importantes variabilités texturales et chimiques révélatrices d'une histoire complexe. Cette thèse s'est intéressée à la chronologie de formation des chondres et de leurs précurseurs à deux échelles de temps distinctes aux moyens de deux approches complémentaires : la géochimie isotopique via le chronomètre isotopique à courte période ²⁶lAl-²⁶Mg et la pétrologie expérimentale. Le développement au cours de cette thèse d'un protocole analytique innovant de mesure in situ de haute précision par sonde ionique des compositions isotopiques du Mg et Al, a permis de démontrer l'homogénéité de la distribution de l'²⁶Al dans le disque d'accrétion, ce qui présente d'importantes implications sur la chronologie relative et les processus de formation des chondres, mais aussi sur l'origine de l'²⁶Al dans le Système Solaire. L'application de ce protocole analytique aux olivines reliques des chondres permet de préciser leur origine, ainsi que leur chronologie et leur processus de formation. Les expérimentations permettent de montrer qu'il est aisé de former des analogues de chondres de type II PO à partir de chondres de type I PO. Un tel processus de formation des chondres implique l'application de régimes thermiques isothermes suivis d'une trempe rapide, incompatibles avec les mécanismes classiques d'ondes de choc. D'autre part, nous montrons que les compositions chimiques en éléments majeurs et traces des différents types de chondres porphyriques peuvent être reproduites par le mélange de trois phases réfractaires solides héritées des précurseurs des chondres (olivine réfractaire, liquide réfractaire et métal) et d'une phase gazeuse riche en éléments volatils et modérément volatils. Ces résultats nous ont conduit à proposer un modèle de filiation entre les chondres
-Chondres
-Chronologie isotopique
-²⁶Al
-Pétrologie expérimentale
-Précurseurs
-Sonde ionique
-Jeune système solaire
Chondrules are the major constituent of primitive meteorites. The large variability of textures and chemical compositions within chondrules is indicative of a complex history. This work is focused on the chronology of formation of chondrules and of their precursors by using two complementary tools: the short-lived radio-isotopes ²⁶Al-²⁶Mg and the experimental petrology.The development of a high precision analytical methodology for in situ measurements of the Mg and Al isotopic compositions by ion probe allows to demonstrate that the distribution of ²⁶Al was homogeneous within the accretion disk. This result has important implications for the chronology and process of chondrule formation and also for the origin of ²⁶Al in the Solar System. By using the same methodology with relict olivines in chondrules, we were able to constrain their origin and their formation process.From experimental petrology studies, we show that it was easy to form type II PO chondrules analogues from type I PO analogues. Such a process for chondrules formation implies an isothermal heating followed by a quick quench which is incompatible with the classical shock-waves model. Moreover, we show that the chemical compositions for major and trace elements of the different types of porphyritic chondrules can be easily reproduced by a mixing model composed of three refractory phases inherited from chondrules precursors (refractory olivine, refractory liquid and iron metal) and a gas phase enriched in volatile and moderately volatile elements. Finally, we propose a model of genetic linkage between the different types of porphyritic chondrules
-Chondrules
-Isotopic chronology
-²⁶Al
-Experimental petrology
-Precursors
-Ion microprobe
-Early sola system
Source: http://www.theses.fr/2010INPL032N/document
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À mon grand-père
À JoéRemerciements
Bon, et bien c’est la fin de cette drôle d’aventure. 4 ans ! 4 ans à bosser sur un
seul et même sujet. Je ne pensais pas en être capable… Et mine de rien, pour un tire-
au-flanc comme moi ça tient presque du miracle ! Comme quoi tout arrive… Bref,
tout ça pour dire que je souhaite remercier du fond du cœur tout ceux sans qui rien
de tout cela n’aurait pu arriver (oh pinaise ! Faut pas que j’oublie quelqu’un…)
Je voudrais tout d’abord remercier Marc et Guy, mes deux directeurs de
thèse, pour m’avoir accordé leur confiance et pour la prévenance dont ils ont fait
preuve à mon égard tout au long de cette thèse. Ecrire une thèse c’est bien mais
encore faut il trouver des personnes motivées pour la lire de bout en bout afin de la
juger. Ainsi, je remercie Matthieu Gounelle, Roger Hewins, Jérôme Aléon, Herbert
Palme et Francis Albarède d’avoir dans un premier temps accepté de faire partie
du jury et dans un second temps de m’avoir fait part de leur enthousiasme quant
au travail réalisé.
Au quotidien, rien n’aurait été possible sans l’expertise, la disponibilité et la
gentillesse des membres des équipes sondes ioniques et pétro exp/auvergnats-du-
sous-sol mais aussi du service MEB-microsondes. Un immense merci à Claire et ses
plats de pics plus plats que plats en 3 secondes chrono (très énervant ça !), Denis
(merci pour toutes les fois tu m’as aidé avec cette machine infernale) et Michel
(spécialiste ès 3F, toshop et pour la formation accélérée sur In Design quand j’étais
en panique quelques jours avant de rendre le rapport). Merci Etienne pour les
explications optico-physiques sur la sonde… euh même si je n’ai pas tout compris.
Merci Jul’ Dub’ d’avoir patiemment et régulièrement réparé l’électronique de la
sonde (et pour le piège à azote liquide automatique). Tix, François et Romain, heu-
reusement que vous étiez là pour m’expliquer tout les trucs et astuces de la pétro
expérimentale : merci beaucoup à vous trois. C’est vraiment un monde à part mais
je me suis bien amusé au sous-sol. Merci à Johann, Sandrine, Alain et Sullivan (le
petit dernier) pour leur aide avec le MEB et la sonde électronique. Merci Thomas
pour ton aide avec les cartos chimiques des chondres. Pete je te remercie beaucoup
d’avoir accepté de relire mon simili anglais et aussi et surtout pour le haggis (c’est
super bon ce truc). Merci Bernard pour les discussions scientifiques et les sushis de
Matsue et tout le reste.
Dans le désordre et en espérant ne pas oublier trop de monde, un grand merci
à tous ceux sans qui la vie au labo serait bien moins simple et bien moins agréable.
Donc un grand merci à Aurélie, Raph’, La Zim’ family, Odile, Emilie, Cathi, Mar-
tine, Julien, P-H, Isabelle, Bruno, Guillaume, Christiane, Nono, Christophe, Larry
(mais vive les PC quand même), Jean-Marc, Manu, Béatrice, Pierre, Pierre-Yves,
Jacky, Ritesh, Laurie, Nathalie (bises aux petits bouts)… Gaston t’es un super voisin
de palier, merci pour les histoire sur les petits cailloux qui brillent.
Merci aux compagnons (d’infortune ?) qui sont déjà partis ou qui restent
encore : Grand Nico, Johanna (mais comment ça marche cette machine ?), Emile,
Jenny, Aurélia, Maarten, Julien, Tu-tu, Céline, Sarah, Andréas, Nicolas, Mag’…
Merci Aurélie pour ta bonne humeur et pour m’avoir «drivé» lors des dernières
semaines d’écriture. Lise, Lisou merci de ta gentillesse, pour ton amitié et pour la
tarte à la patate (sans rancune hein ?) et plein d’autres trucs encore. Romain, super
souvenir que le bain thermal au pied du Mont Fuji, merci pour toutes les discus-
sions scientifiques … ou pas. Hey P’tit Nico, ton sac à dos y’en a marre, mais merci
quand même pour tout à commencer par ta sympathie. Merci Yves de m’avoir fait
découvrir la beauté de la vallée des Anges, pour ton hospitalité et le Comté …
Je voudrais aussi remercier tous les copains de Nancy ou d’ailleurs, j’ai bien
de la chance de vous avoir. Merci François, Marco, Julie, Tonin, Mélanie, Thibaut,
Pauline, Mous, Foxy, Claire, Bast’, Olivier …
Merci à mes parents, mes frangins, ma famille pour tout ce que vous m’avez
apporté et bien plus encore …
Et puis merci à Aurélie pour ton amour car la vie c’est quand même bien plus
sympa à deux.

JohanTable des Matières
Introduction Générale 1
Chapitre 1 : Formation du Système Solaire et nucléosynthèse 7
1. Le Système Solaire 7
2. Généralités sur la formation et l’évolution du Système Solaire 10
2.1. Considérations historiques 10
2.2. Le modèle de la nébuleuse solaire 11
2.2.1. Formation de la nébuleuse solaire 112.2.2. De l’accrétion des premiers solides… 132.2.3. …à la formation des planètes 14
3. Nucléosynthèse : Origine des éléments 15
3.1. Nucléosynthèse primordiale 16
3.2. Nucléosynthèse stellaire 16
3.3. Nucléosynthèse explosive 17
3.4. Nucléosynthèse interstellaire 18
Chapitre 2 : Présentation des Météorites Primitives 19
1. Généralités à propos des météorites 20
2. Les météorites différenciées 20
2.1. Les achondrites 21
2.2. Les météorites de fer 21
2.3. Météorites mixtes 21
3. Les chondrites 21
3.1. Classification des chondrites 22
3.2. Critères primaires et secondaires de classification 24
4. Les inclusions réfractaires 27
4.1. Minéralogie et classification des inclusions réfractaires 27
4.2. Quelques propriétés isotopiques remarquables 30
4.3. Formation des inclusions réfractaires 31
-I-