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Hydrogène des phases de hautes températures des chondrites : origine et contribution aux budgets en hydrogène des corps du Système Solaire interne

Thèse de doctorat - date limite de candidature 17 juin 2020 (POSTE POURVU)

English version :[ Hydrogen in the high-temperature phases of chondrites : origin and contribution to the hydrogen budget of the rocky planets.-http://www.crpg.cnrs-nancy.fr/spip....]

Contexte et objectifs de la thèse :

Les chondres, composants majoritaires des chondrites, sont des billes silicatées formées lors d’épisodes de hautes températures ayant lieu dans les premiers millions d’années de notre Système Solaire. Bien que les conditions de formation des chondres (températures, vitesses de chauffe et refroidissement, fugacité d’oxygène, etc.) soient toujours mal connues à ce jour, de plus en plus d’observations indiquent que les chondres se sont formés dans des environnements riches en éléments volatils et modérément volatils (soufre, sodium, silicium etc.) et que les interactions gaz / silicates fondus ont été prépondérantes dans la mise en place des textures et des compositions chimiques et isotopiques de ces objets (e.g., Tissandier et al., 2002 ; Alexander et al., 2008 ; Nagahara et al., 2009 ; Marrocchi & Libourel, 2013 ; Piani et al., 2016 ; Libourel & Portail, 2018 ; Marrocchi et al., 2018, 2019).

L’hydrogène est l’élément le plus abondant de notre Système Solaire, pourtant sa distribution et sa composition isotopique (rapport deutérium sur hydrogène : D/H) restent assez mal connues dans les matériaux planétaires (e.g., Alexander, 2017 ; Piani et al., 2018). Cela est lié en partie à la difficulté d’obtenir des échantillons extraterrestres ayant peu ou pas été modifiés par des épisodes de chauffe ou d’altération post-formation qui modifient la signature en hydrogène des roches.

Un autre aspect est la difficulté technique pour identifier et séparer les différentes phases porteuses de l’hydrogène qui sont généralement intriquées à l’échelle micrométrique à sub-micrométrique. Si dans les chondrites carbonées hydratées (chondrites de type CI, CM et CR), les principaux porteurs de l’hydrogène -minéraux hydratés et composés organiques- ont fait l’objet de nombreuses études, les phases porteuses de l’hydrogène des chondrites non-carbonées (chondrites ordinaires, à enstatite et Rumurutite) ont été très peu caractérisées. Dans ces objets, les composants de hautes températures, telles que les chondres, sont très abondants et pourraient contribuer de façon significative aux budgets en volatils des roches.

La quantification et la caractérisation isotopique de l’hydrogène dans les chondrites noncarbonées sont nécessaires pour comprendre la distribution des éléments volatils dans le Système Solaire interne et, en particulier, dans les zones de formation des planètes.

L’objectif de ce travail de thèse est double :

Il s’agit, d’une part, d’effectuer une caractérisation fine de l’hydrogène des chondrites noncarbonées pour identifier les phases porteuses, leur concentration en hydrogène, et leur composition isotopique D/H par des méthodes d’investigation in situ (sonde ionique, microscopie électronique, spectroscopie Raman et infra-rouge). Une attention particulière sera portée aux minéraux et verres silicatés des chondres qui sont présents en abondance dans les chondrites non-carbonées. La présence d’autres éléments volatils tels que le carbone, l’azote ou les gaz nobles pourra faire l’objet d’études complémentaires. D’autre part, des expériences de hautes températures et basses pressions (≤ 1 bar) seront menées pour simuler la formation des chondres en présence de gaz riches en hydrogène et établir dans quelles conditions ces objets ont pu s’enrichir en éléments volatils. Les travaux effectués au cours cette thèse permettront au candidat d’acquérir une grande expérience et une autonomie sur des instruments analytiques de pointe tels que les spectromètres de masse à ions secondaires (SIMS IMS1280-HR2) ou les dispositifs de pétrologie expérimentale.

Encadrement et environnement :

Cette thèse sera encadré par Yves Marrocchi (CR-CNRS, HDR) et Laurette Piani (CR-CNRS) et réalisée en collaboration avec plusieurs chercheurs et ingénieurs (Laurent Tissandier, Nathalie Bolfan-Casanova, Thomas Rigaudier) dans le cadre de l’ANR HYDRaTE (PI. Laurette Piani). Elle se déroulera principalement au CRPG à Nancy mais pourra faire l’objet de déplacements occasionnels dans les laboratoires des collaborateurs du projet, et notamment, au LMV à Clermont-Ferrand. La participation régulière à des congrès nationaux et internationaux pour présenter les avancées et résultats fera aussi partie intégrante de la thèse.

L’étudiant sélectionné pour la thèse travaillera au sein du thème Formation et Evolution de la Terre et des Planète du CRPG et sera fortement encouragé à prendre part à la vie du thème par l’organisation de séminaires, lectures d’article, et/ou présentations de résultats tout au long de sa thèse.

Le CRPG est une unité mixte de recherche (UMR) sous la tutelle du CNRS et de l’Université de Lorraine et travaillant dans le domaine des Sciences de la Terre et des Planètes. La formation doctorale est assurée par l’école doctorale SIReNa (Sciences et Ingénierie des Ressources Naturelles) basée à Nancy et regroupant 14 laboratoires de l’Université de Lorraine, de l’INRA, du CNRS, d’AgroParisTech et de l’IGN.

Profil des candidats :

Les candidats auront de préférence un master en Science de la Terre ou en Planétologie et un fort intérêt pour la planétologie, la géochimie et/ou la cosmochimie. Une expérience en expérimentation, cosmochimie, sciences analytiques et/ou traitement de données sera considérée comme un atout. Un bon niveau d’anglais est fortement souhaité.

Contacts :

Laurette Piani : laurette.piani@univ-lorraine.fr

Yves Marrocchi : yvesm@crpg.cnrs-nancy.fr

Références

Alexander, C.M.O’D. et al.The formation conditions of chondrules and chondrites. Science 320, 1617–1619 (2008).
Alexander, C.M.O’D. et al. The Provenances of Asteroids, and Their Contributions to the Volatile Inventories of the Terrestrial Planets. Science 337, 721–723 (2012)
Alexander, C.M.O’D. et al. Water Reservoirs in Small Planetary Bodies : Meteorites, Asteroids, and Comets. Space Sci. Rev. 214, (2018).
Connolly, H. C. & Jones, R. H. Chondrules : The canonical and noncanonical views. J. Geophys. Res. Planets 121, 1885–1899 (2016).
Libourel, G. & Portail, M. Chondrules as direct thermochemical sensors of solar protoplanetary disk gas. Sci. Adv. 4, (2018)
Nagahara, H., Kita, N. T., Ozawa, K. & Morishita, Y. Condensation of major elements during chondrule formation and its implication to the origin of chondrules. Geochim. Cosmochim. Acta 72, 1442–1465 (2008).
Marrocchi, Y. & Libourel, G. ScienceDirect Sulfur and sulfides in chondrules. Geochim. Cosmochim. Acta 119, 117–136 (2013).
Marrocchi, Y. et al. Formation of CV chondrules byrecycling of amoeboid olivine aggregate-like precursors. Geochim. Cosmochim. Acta 247, 121–141 (2019).
Marrocchi, Y., Villeneuve, J., Batanova, V., Piani, L. & Jacquet, E. Oxygen isotopic diversity of chondrule precursors and the nebular origin of chondrules. Earth Planet. Sci. Lett. (2018).
Piani, L., Marrocchi, Y., Libourel, G. & Tissandier, L. Magmatic sulfides in the porphyritic chondrules of EH enstatite chondrites. Geochim. Cosmochim. Acta 195, 84–99 (2016).
Piani, L., Yurimoto, H. & Remusat, L. A dual origin for water in carbonaceous asteroids revealed by CM chondrites. Nat. Astron. 2, 317–323 (2018).
Tissandier, L., Libourel, G. & Robert, F. Gas-melt interactions and their bearing on chondrule formation. Meteorit. Planet. Sci. 37, 1377–1389 (2002)




publié jeudi 28 mai 2020