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Chronologie et origine des premiers solides du Système Solaire

Thèse de doctorat - date limite de candidature 24 mai 2019

Chronologie et origine des premiers solides du Système Solaire

English title : Chronology and origin of ancient solids in the young solar system

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

Présentation détaillée du projet doctoral

Connaitre la durée et la chronologie des processus ayant conduit à la formation des premiers solides du Système Solaire est une étape clé dans notre compréhension des processus survenus dans le disque protoplanétaire de la condensation de solides micrométriques à l’accrétion des embryons planétaires. La chronologie de formation des inclusions réfractaires (CAIs + AOAs) et des chondres a été intensément étudiée depuis plus de 30 ans, principalement à travers deux approches : (i) la chronologie absolue U-Pb (e.g. Connelly and Bizzarro, 2018) et (ii) la chronologie relative 26Al-26Mg (e.g. Nagashima et al., 2018). Malgré un bon accord général, il existe des divergences irréconciliables aujourd’hui entre les deux chronomètres isotopiques ; les datations U-Pb suggérant une formation synchrone des CAIs/AOAs et des chondres qui n’est pas observée dans les datations Al - Mg. Il apparaît donc que la chronologie précise de formation des premiers solides du Système Solaire reste encore mal comprise et sujette à débat. D’autre part, bien qu’il semble que les chondres se soient formés pendant environ 4 Ma, la dynamique et a fortiori la nature du processus de production (durée, continue ou discrète, efficacité) ainsi que l’impact des précurseurs recyclés sur les âges mesurés sont encore largement sous-contraints. De même, les liens génétiques et temporels entre les CAIs, les AOAs et les chondres sont encore mal compris.

Thématique planétologie

Domaine Géosciences

Objectif

Le but de la thèse est d’effectuer des datations systématiques 26Al-26Mg à haute précision de CAIs, d’AOAs et de chondres préalablement caractérisés en isotopie de l’oxygène afin d’apporter des contraintes chronologiques sur la durée et la fréquence de formation des solides primordiaux dans le disque protoplanétaire

Méthode

Une caractérisation pétrographique et chimique classiques de CAIs, d’AOAs et de chondres dans différentes classes de chondrites (carbonées, ordinaires et à enstatite) sera effectuée par microsonde électronique et microscope électronique à balayage afin de repérer des minéraux et des plages vitreuses avec des rapports Al/Mg variables. Afin d’obtenir des âges statistiquement significatifs, 50 chondres minimum seront repérés et étudiés dans chaque classe de chondrites, là où les études précédentes se contentaient d’une quinzaine (Kita et al., 2013 ; Schrader et al., 2017 ; Villeneuve et al., 2009). Suivant le type de chondrite considérée, un maximum de CAIs et d’AOAs seront également caractérisés et mesurés. La détermination des compositions isotopiques en O, Si et Mg et datations 26Al-26Mg des objets sélectionnés sera ensuite réalisée en multi-collection grâce à la sonde ionique 1280 HR2.

Résultats attendus

La datation d’un grand nombre de CAIs, d’AOAs et de chondres permettra de comprendre s’il existe bien un intervalle de temps entre la formation des inclusions réfractaires et les chondres, comme suggéré par les datations 26Al-26Mg ou s’il s’agit d’un artefact lié par exemple à un biais d’échantillonnage. Le couplage systématique O, Mg, Si/26Al-26Mg ouvre la possibilité de dater à la fois (i) la formation des précurseurs en utilisant les olivines et les spinelles reliques riches en 16O et (ii) le dernier épisode thermique à l’origine des chondres grâce à la mesure des olivines et des spinelles non hérités des précurseurs (i.e, pauvres en 16O), des orthopyroxènes et de la mésostase vitreuse. In fine, ces résultats nous apporterons des contraintes fortes sur (i) la nature et l’efficacité des processus thermiques dans le disque d’accrétion, (ii) l’efficacité des processus de formation (condensation, cristallisation, recyclage, …) des premiers solides au cours des premiers millions d’années de l’histoire du système solaire et (iii) les modèles astrophysiques de formation et d’évolution du système solaire.

Références bibliographiques

Connelly, J.N., Bizzarro, M., 2018. The Absolute Pb – Pb Isotope Ages of Chondrules, Insights into the Dynamics of the Solar Protoplanetary Disk. Chondrules. Rec. Protoplanetary Disk Process. 300–323

Kita, N.T., Yin, Q.Z., Macpherson, G.J., Ushikubo, T., Jacobsen, B., Nagashima, K., Kurahashi, E., Krot, A.N., Jacobsen, S.B., 2013. 26Al-26Mg isotope systematics of the first solids in the early solar system. Meteorit. Planet. Sci. 48, 1383–1400. doi:10.1111/maps.12141

Nagashima, K., Kita, N.T., Luu, T.-H., 2018. Al – 26 Mg Systematics of Chondrules, in : Chondrules. pp. 247–275

Schrader, D.L., Nagashima, K., Krot, A.N., Ogliore, R.C., Yin, Q.Z., Amelin, Y., Stirling, C.H., Kaltenbach, A., 2017. Distribution of 26Al in the CR chondrite chondrule-forming region of the protoplanetary disk. Geochim. Cosmochim. Acta 201, 275–302. doi:10.1016/j.gca.2016.06.023

Villeneuve, J., Chaussidon, M., Libourel, G., 2009. Homogeneous Distribution of 26Al in the Solar System from the Mg Isotopic Composition of Chondrules. Science (80-. ). 325, 985–988. doi:10.1126/science.1173907

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 ces travaux de recherche dans des congrès internationaux de haute valeur scientifique (congrès de la Meteoritical Society, Lunar and Planetary Sciences Conference, Goldschmidt…).

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 présentation dans des congrès internationaux et la publication d’articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture de premier plan.

Candidature

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 et en langues vivantes (français et anglais) est requis.

Date de fin du financement : Septembre 2022
Employeur : CNRS
Etat du financement : acquis (ANR CASSYSS)

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




publié lundi 29 avril 2019