Étude par microscopie électronique en transmission d’échantillons cométaires de la mission Stardust

par Julien Stodolna

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Hugues Leroux et de Damien Jacob.

Soutenue le 16-09-2010

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les comètes se sont formées dans des régions froides du disque protoplanétaire. Elles sont considérées comme porteuses du matériau le plus primitif du système solaire, témoin de la composition et des conditions physico-chimiques de la nébuleuse en formation. L’objectif de cette thèse est de caractériser des échantillons de la comète Wild2 rapportés sur Terre en 2006 par la mission spatiale Stardust de la NASA. Une centaine de picogramme de matière a été analysée en microscopie électronique en transmission. L’étude de la minéralogie des particules nous renseigne sur les conditions de formation des constituants et sur leur évolution. Il s’agit également de décrypter dans les microstructures observées les effets associés à la collecte du matériau cométaire. Nous avons caractérisé deux familles de grains, l’une étant constituée de gros cristaux (5-10 µm en moyenne), principalement des silicates, bien préservés par la collecte. La composition chimique des grains ainsi que leur microstructure se révèlent très variées. L’autre famille est constituée de matière à grains fins (<500 nm) ayant subi de fortes interactions avec l’aérogel de silice utilisé pour la capture des particules. Une méthodologie particulière a été mise en place pour comprendre les mécanismes de modifications associés à la collecte. Il nous a été ensuite possible de déduire des observations les propriétés initiales des particules. On montre alors que les poussières cométaires étaient composées à l’origine d'un assemblage de grains relativement gros, cimentés entre eux par une matrice à grains fins d’une composition typique des objets très primitifs observés dans certaines météorites chondritiques.

  • Titre traduit

    Transmission Electron Microscopy study of cometary samples from the Stardust mission


  • Résumé

    Cometary dust particles are believed to be relics of the primitive material of the early solar system. This material is now available for studies in the laboratories since the Stardust mission (NASA) brought to Earth samples from the comet 81P/Wild 2.The aim of this PhD work is to characterize Wild2 samples by TEM. Approximately one hundred picograms of cometary material have been studied. The mineralogy gives information about the formation and evolution conditions of the grains in order to reconstruct their histories. The aim is also to characterize the thermal induced modification due of the collect into the silica aerogel under hypervelocity conditions. We have characterized two categories of grains. The first consists of relatively large grains (5-10µm in average), mainly well preserved silicates. These silicates display a wide range of compositions and microstructures. The second category consists of fine grain material (<500nm). The microstructure is characteristic of thermally modified particles that have suffered strong interaction with the silica aerogel during the hypervelocity impact. A specific method has been developed to quantify the data and to understand the physical and chemical mechanisms that occurred during the deceleration into aerogel. This fine grain material has a composition close to solar abundance, showing that it did not been chemically fractionated in the protoplanetary disk before the incorporation on comet Wild2. We deduce that cometary material is made of an assemblage of relatively large grains stick together by a fine grained material with the characteristic composition of the most primitive material found into the chondritic meteorites.


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