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Conditions redox de formation des chondres et de leur précurseurs

Thèse de doctorat - date limite de candidature 24 mai 2019

Conditions redox de formation des chondres et de leur précurseurs

Mots clés : météorites, chondrites, disque d’accrétion, embryon planétaire, formation du système solaire, fugacité en oxygène.

English title : Redox conditions of the formation of chondrules and their precursors

Les chondres, principaux constituants des météorites primitives, sont des billes silicatées submillimétriques contenant majoritairement olivines, orthopyroxènes et verre. Il est admis aujourd’hui que leur formation résulte d’épisodes de fusion-cristallisation de précurseurs solides, couplés à des processus d’interactions avec le gaz du disque d’accrétion. Cependant, et malgré des centaines d’études, il n’existe à l’heure actuelle aucun consensus sur la nature des précurseurs des chondres, sur leur(s) condition(s) redox de formation, ainsi que sur la nature et la fugacité en oxygène (fO2) du gaz avec lequel ils ont interagi. A l’heure actuelle, très peu d’études se sont attelées à caractériser la fO2 de chondres, la méthodologie diffère selon les études et les résultats sont contradictoires. De plus, les oxybaromètres utilisés peuvent être affectés par le métamorphisme et l’altération aqueuse sur les corps parents des chondrites, complexifiant encore l’interprétation des résultats. De manière générale très peu d’études ont mesuré simultanément la composition chimique complète (majeurs et traces) dans toutes les phases composant les chondres, pourtant nécessaire à la compréhension de leur état rédox (Cartier et al., 2014, Jacquet and Marrocchi 2017, Jacquet et al., 2012). Mesurer l’état rédox des premiers objets du Système Solaire permettra d’apporter des éléments inédits et discriminants pour la compréhension des conditions physiques, chimiques et dynamiques ayant engendré la formation des planètes et astéroïdes il y a 4.6 milliards d’années.

Le but de cette thèse est de déterminer les conditions redox de formation des précurseurs des chondres et de contraindre la fO2 intrinsèque des chondres afin de modéliser les conditions physico-chimiques de formation des premiers solides du Système Solaire.

Méthode

Nous avons récemment mis au point une méthode qui permet de localiser les (rares) olivines reliques au sein des chondres (Marrocchi et al. 2018), seul matériel ayant échappé aux épisodes de fusion des précurseurs. Cette méthode offre une opportunité unique de caractériser minéralogiquement, pétrographiquement et géochimiquement (i) les olivines reliques héritées des précurseurs et (ii) les phases minéralogiques néoformées résultant des interactions avec le gaz du disque protoplanétaire. Ainsi une caractérisation exhaustive des éléments traces sensibles aux variations redox sera effectuée dans les différents minéraux des chondres (olivines reliques et néoformées, pyroxènes, verre, métal, sulfures). Une attention toute particulière sera portée aux profils d’éléments traces entre les olivines reliques et néoformées. En parallèle des expériences d’équilibre et de diffusion dans des systèmes analogues aux chondres (multi-phases, conditions rédox particulières) seront réalisées et les résultats comparés aux données issues des chondres naturels. L’ensemble de ces données sera intégré dans un modèle thermodynamique afin de quantifier l’histoire thermique et l’état redox des chondres et de leurs précurseurs.

Résultats attendus

La caractérisation du comportement des éléments traces sensibles au redox dans des échantillons naturels et synthétiques permettra de remontrer aux conditions de formation des précurseurs des chondres et aux conditions physico-chimiques du gaz du disque protoplanétaire. Le couplage analytique/expérimental/modélisation nous permettra de proposer une vision intégrative des conditions de formation des chondres. Le protocole analytique qui sera mis en œuvre dans cette thèse est parfaitement maîtrisé par les encadrants (microscope électronique à balayage, sonde électronique, LA-ICMPS) et disponible à Nancy (CRPG, Georessources) ou dans des laboratoires avec qui nous collaborons déjà (ISTerre Grenoble, LMV Clermont-Ferrand). La partie expérimentale ne nécessite pas de développement et sera effectuée au CRPG au sein du laboratoire de pétrologie expérimentale.

Références bibliographiques

Cartier, C., Hammouda, T., Doucelance, R., Boyet, M., Devidal, J.L., Moine, B., 2014. Experimental study of trace element partitioning between enstatite and melt in enstatite chondrites at low oxygen fugacities and 5GPa. Geochim. Cosmochim. Acta 130, 167–187.

Jacquet, E., Alard, O., Gounelle, M., 2012. Chondrule trace element geochemistry at the mineral scale. Meteoritics & Planetary Science 47, 1695-1714.

Jacquet E. and Marrocchi Y. (2017) Chondrule heritage and thermal histories from trace element and oxygen isotope analyses of chondrules and amoeboid olivine aggregates. Meteorit Planet Sci 52, 2672-2694.

Marrocchi Y., Villeneuve J., Batanova V., Piani L. and Jacquet E. (2018a) Oxygen isotopic diversity of chondrule precursors and the nebular origin of chondrules. Earth Planet. Sci. Lett. 496, 132–141.

La bourse doctorale est une bourse ministérielle et le coût de la recherche seront pris en charge par le projet ANR de J. Villeneuve.

Ouverture internationale

Lien avec les activités de recherche : Ce projet doctoral s’inscrit dans une thématique de recherche, la planétologie, très dynamique à l’échelle locale au sein du CRPG, nationale et internationale. De fait, le doctorant sera amené à présenter annuellement ses travaux de recherche dans des congrès internationaux de haute valeur scientifique (congrès de la Meteoritical Society, Lunar and Planetary Sciences Conference, Goldschmidt Conference…).

Collaborations envisagées

Le doctorant sera amené à collaborer avec l’ensemble des chercheurs et ingénieurs impliqués dans le projet ANR de J. Villeneuve au CRPG mais aussi dans d’autres laboratoires français (IPG de Paris, IMPMC-MNHN de Paris, ISTerre de Grenoble…)

Objectifs de valorisation des travaux de recherche du doctorant

Les travaux de recherche du doctorant seront valorisés au travers de présentations dans des congrès internationaux et de publication d’articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture de premier plan.

Profil et compétences recherchées

Les candidats doivent à minima être détenteurs d’un diplôme de Master 2 ou d’ingénieur dans le domaine des Géosciences. Une expérience de laboratoire en géochimie, cosmochimie et/ou planétologie est indispensable. Un bon niveau de maitrise en mathématiques, physique-chimie et en langues vivantes (français et anglais) est requis.

Date de fin du financement Septembre 2022
Employeur : CNRS
Etat du financement : acquis (Bourse MNRT)

Voir en ligne : Les candidatures doivent être déposées sur le site internet




publié lundi 29 avril 2019