Recherche de marqueurs de processus de formation des planètes à travers les isotopes stables de masse moyenne

par Thomas Zambardi

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Franck Poitrasson.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .

mots clés

• Silicium
• Fer
• Isotopes
• Système Solaire Interne
• Formation planétaire
• Différenciation planétaire
• Cosmochimie
• Planètes -- Origines
• Silicium
• Isotopes -- Séparation
• Système solaire -- Origines
• Cosmochimie

Résumé

Cette thèse s'articule autour de l'étude des fractionnements isotopiques du silicium des roches représentatives des parties crustales et mantelliques de différentes planètes du Système Solaire interne. Une méthode d'analyse basée sur la spectrométrie de masse multi collection à source plasma (MC-ICP-MS) a été développée afin de mesurer les signatures isotopiques du silicium des matériaux silicatés avec un niveau d'incertitude permettant de distinguer des fractionnements inférieurs à 0,08‰ pour delta30Si. Les résultats obtenus sur les roches terrestres suggèrent qu'un fractionnement isotopique faible mais significatif intervient au cours de la différenciation magmatique. Les isotopes stables du silicium permettent également d'observer des variations isotopiques significatives entre différents corps planétaires du Système Solaire interne, et montrent que le couple Terre-Lune se distingue des autres planètes par un enrichissement relatif en isotopes lourds. Nos résultats suggèrent que le noyau terrestre a significativement incorporé du silicium, mais ce phénomène ne peut expliquer qu'une partie des fractionnements isotopiques mesurés. Cela signifie qu'au moins un autre processus de fractionnement est intervenu. Une explication possible impliquerait un processus de formation de la Lune par impact géant, qui conduirait à un appauvrissement en isotopes légers du système Terre-Lune par vaporisation.

Titre traduit

Research planetary formation process tracers using medium mass stable isotopes

Résumé

This thesis deals with silicon (Si) isotope fractionations occurring between the bulk silicate parts of various planets in the inner Solar System. An analytical method has been developed using high-resolution multi-collector inductively coupled plasma mass-spectrometer (MC-ICP-MS) that allows measuring Si isotope compositions of silicate materials with an uncertainty better than 0. 08‰ for delta30Si. Terrestrial igneous data reveal small but significant Si isotope fractionation occurring during magma differentiation. Silicon stable isotopes also allow to find significant variations among planetary bodies of the inner Solar System. In particular, Earth and Moon share a common Si isotopic signature, that is slightly heavier than other planetary bodies. Our data suggests that Si entered the Earth's core, but that this process alone can explain only part of the Si isotope fractionation observed. This implies that at least one additional fractionating mechanism has played a role. A possible clue may involve partial vaporisation of Si in the aftermath of a Moon forming giant impact that should have led to a depletion in light Si isotopes of the Earth-Moon system.