Condition de formation et d’agglomération de poussière dans le système solaire primitif
Résumé en français :
Les conditions de formation et d’agglomération des solides du système solaire sont encore relativement mal comprises. Les chondrites sont des fragments d’astéroïdes ayant conservés leurs caractères primitifs et permettent donc d’étudier ces processus. Ces météorites sont constituées de chondres, d’inclusions réfractaires et de billes de métal qui sont cimentés par une matrice à grain fin. Lors de cette thèse, je me suis concentré sur trois caractéristiques différentes du recyclage et de l’accrétion de la matière chondritique pour (i) déterminer le recyclage de la poussière à travers les reliques riches en Mg dans les chondres riches en Fe, (ii) déchiffrer l’origine des bordures à grains fins autour des chondres et (iii) contraindre les processus de tri aérodynamique lors de la formation des planétésimaux. Pour ce faire, j’ai suivi une triple approche impliquant observations pétrographiques, mesures géochimiques et modélisations astrophysiques. Les principaux résultats pour chaque objectif sont : I. Les reliques riches en Mg dans les chondres de type II présentent généralement des valeurs similaires à celles des olivines hôtes des chondres de type I. La composition en éléments mineurs des reliques riches en Mg tend à être pauvre en MnO et légèrement riche en CaO, similaire aux gammes de grains hôtes dans les chondres de type I. Cela implique que la plupart des reliques riches en Mg dans les chondres de type II proviennent d’une génération précédente de chondres de type I avant leurs accrétions. II. Les bordures à grains fins autour des chondres dans les chondrites carbonées CO, CM, CR et CV ont révélé une corrélation positive entre (i) l’épaisseur de la bordure et le rayon du chondrule hôte et (ii) l’abondance de chondres avec bordures et celle de la matrice à grains fins. Ces données suggèrent que les bordures ne se sont pas formées au cours de l’évolution du corps parent mais qu’elles résultent plutôt de processus nébulaires, la fréquence et l’épaisseur des bordures à grains fins étant directement liées à l’abondance de la poussière disponible dans leurs régions respectives de formation des chondres. III. Les distributions de tailles de particules dans diverses chondrites carbonées CO ont révélé que les diamètres sphériques moyens des chondres augmentent avec le degré de métamorphisme. En combinant nos résultats avec les données de la littérature, nous montrons que cette relation n’a pas été établie pendant le métamorphisme thermique post-accrétion, mais qu’elle enregistre plutôt le triage aérodynamique de la taille des particules pendant l’accrétion du ou des corps parents de CO. En modélisant la contraction autogravitante des amas de chondres, nous montrons que les processus d’accrétion ont généré un changement progressif de la taille des chondres, les plus gros étant plus concentrés au centre du ou des corps parents que les plus petits. Enfin, j’ai également exploré le rôle joué par les conditions météorologiques et géologiques du désert de l’Atacama sur l’accumulation et la préservation des météorites. Nos résultats montrent que les conditions climatiques et géologiques locales affectent l’accumulation et la préservation des météorites. Une comparaison avec les données d’altération obtenues dans d’autres déserts froids et chauds indique que les chondrites de l’Atacama présentent une altération similaire aux météorites collectées en Antarctique (W1-2) et sont moins altérées que celles provenant d’autres déserts chauds (W2-3).
Mots-clés : Chondrites, Chondres, Cosmochimie, Météorites, Sonde Ionique
Conditions of formation and agglomeration of dust in the early solar system
Résumé en anglais :
The conditions for the formation and agglomeration of solar system solids are still relatively poorly understood. Chondrites are fragments of asteroids that were never sufficiently heated to melt their constituent and thus preserve primitive grains of the materials from which they agglomerated. These meteorites are constituted by chondrules, refractory inclusions and metal beads, all cemented together by a fine-grained material. In this thesis, we focus on three different features of agglomeration of chondritic material to (i) determine dust recycling through Mg-rich relicts in Fe-rich chondrules, (ii) decipher the origin and relationship between the rimmed bearing chondrules and fine-grained matrix, and (iii) constrain the aerodynamic sorting processes of chondrules during their accretion into planetesimals. To accomplish this, I performed a triple approach involving petrographic observation, major and minor element distribution, oxygen isotopes analysis, and astrophysical modeling. The main results and conclusions for each goal are: I. Mg-rich relicts in type II chondrules generally display Δ17O values of –5‰, –2.5‰, and 2‰ for CO, CR and ordinary chondrites. These values are similar to the host olivines in type I chondrules. Minor element composition of Mg-rich relicts tends to be MnO-poor and slightly CaO-rich, similar to the ranges of host grains in type I chondrules. We conclude that most Mg-rich relicts in type II chondrules were originate from a previous generation of type I chondrules before their accretion into planetesimals. II. The fine-grained rims around chondrules in CO, CM, CR, and CV carbonaceous chondrites revealed a positive correlation between (i) rim thickness and host chondrule radius and (ii) the abundance of rimmed chondrules and that of other fine-grained matrix material. Our data suggest that rims did not form during parent-body evolution but rather resulted from nebular processes, with the frequency and thickness of fine-grained rims directly related to the abundance of available dust in their respective chondrule formation regions. III. The particle-size distributions in various CO carbonaceous chondrites revealed that the mean spherical diameters of chondrules increase with increasing metamorphic degree. Combining our results with literature data, we show that this relationship was not established during post-accretion thermal metamorphism, but instead it records aerodynamic size-sorting of particles during the accretion of the CO parent body(ies). By modeling the self-gravitating contraction of clumps of chondrules, we show that the accretion processes generated a gradual change in chondrule size, with larger chondrules being more centrally concentrated in the parent body(ies) than smaller ones. Also, we explore the meteorological and geological conditions of the Atacama Desert surface to promote the accumulation and preservation of meteorites. Our results show that the morphotectonic unit’s local climatic and geological conditions affect the accumulation and conservation of meteorites. A comparison with reported weathering data from other cold and hot deserts indicates that mean terrestrial weathering of Atacama chondrites (W1-2) is similar to that Antarctic meteorite collection (W1-2) and displays less alteration than other hot deserts (W2-3).
Keywords : Chondrites, Chondrules, Cosmochemistry, Meteorites, Ion Probe
Composition du jury :
Directeurs de thèse :
Yves MARROCCHI – Université de Lorraine, CNRS-CRPG (France)
Felipe OLIVARES – Avenida Copayapu 485, Copiapó Chile (Chili)
Béatrice LUAIS – Université de Lorraine, CNRS-CRPG (France)
Rapporteurs :
Jérôme GATTACCECA – DR – CEREGE – Technopôle de l’Arbois-Méditerranée, BP80 13545 Aix-en-Provence (France)
Rhian JONES – Directrice de recherche émérite – University of Manchester – Oxford Rd, Manchester M13 9PL, United Kingdom M13 9PL Manchester (Royaume-Uni)
Examinateurs :
Maria Eugenia VARELA – DR – ICATE, Av. España 1512 sur 5400 San Juan (Argentine)
Johan VILLENEUVE – Université de Lorraine, CNRS-CRPG (France)
Lorenzo MORELLI – Universidad de Atacama – INCT, Copayapu 485 1530000 Copiapó (Chili)
Invité :
Christophe Morlot : Université de Lorraine – 54000 Nancy (France)