Etude en laboratoire de grains extraterrestres et de leurs analogues de synthèse

par Sihane Merouane

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Zahia Djouadi.

Le président du jury était Alain Abergel.

Le jury était composé de Zahia Djouadi, Alain Abergel, Hugues Leroux, Andrew Westphal, Pierre Beck, Dominique Bockelée-Morvan.

Les rapporteurs étaient Hugues Leroux, Andrew Westphal.


  • Résumé

    L’étude en laboratoire de matériaux extraterrestres provenant d’objets ayant peu ou pas évolué depuis leur formation il y a environ 4.6 milliards d’années, peut améliorer notre connaissance sur les débuts de notre système planétaire. Par ailleurs, la simulation en laboratoire de certains processus que ces matériaux sont susceptibles de subir au cours de leur histoire apporte également de précieuses informations pour l’interprétation des données issues des observations astronomiques ainsi que pour la compréhension de l’évolution des solides du Milieu Interstellaire jusqu’à leur incorporation dans des objets planétaires, objets incluant aussi toutes sortes de débris tels que les astéroÏdes, les comètes et toutes sortes de poussières accessibles à la collecte et/ou à l’observation.Au cours de cette thèse, l’analyse des matériaux organiques ainsi que des matériaux silicatés, jusqu’alors peu étudiés conjointement, dans les poussières stratosphériques d’origine cosmique, révèle une corrélation entre la minéralogie des grains et la longueur des chaînes carbonées. Ce lien ne semble pas le fruit de processus à la surface des corps parents des grains mais semble plutôt tracer des processus pré-accrétionnels. La conservation de composants peu altérés sur les corps parents dans les matériaux extraterrestres est encore une fois confirmée par la découverte, au cours de cette thèse, d’inclusions dans la météorite carbonée « Paris » dont les spectres infrarouges sont très similaires à ceux des composés carbonés observés dans le Milieu Interstellaire. L’étude de grains cométaires issus de la mission spatiale Stardust a montré, contrairement à l’idée que les comètes soient composées uniquement de matériaux primitifs puisque conservés dans un réservoir froid, que celles-ci contiennent aussi un certain nombre de matériaux formés à haute température, confirmant alors de précédentes analyses d’échantillons de Stardust et impliquant des échanges de matériaux à grande échelle radiale dans le jeune Système solaire.La deuxième partie de ce travail, consacrée à l’étude d’analogues de matière extraterrestre, porte sur le rôle qu’ont pu jouer les matériaux à partir desquels les planètes telluriques se sont formées dans l’apport de l’eau sur la Terre dans le cadre du scénario dit de « wet accretion ». Les expériences effectuées au cours de cette thèse visant à simuler les interactions entre silicates et vapeur d’eau ont montré que ces matériaux permettent de stocker d’importantes quantités d’eau à leur surface par adsorption des molécules de la phase gazeuse.

  • Titre traduit

    Laboratory analyses of extraterrestrial materials and of their synthetic analogs


  • Résumé

    Laboratory analyses performed on extraterrestrial materials originating from primitive bodies of our Solar System, that are bodies known to have suffered low alteration since their formation 4.6 billion years ago, can improve our knowledge on processes that have occurred in the early phase of our planetary system. Furthermore, laboratory simulations of some processes that these materials are likely to suffer during their life cycle also bring precious indications for interpreting observational data as well as for understanding the evolution of solids from the Interstellar Medium to their incorporation into planetary bodies, these latter including asteroids, comets and all kinds of dust that may be observed and/or collected back to Earth.During this thesis, the analysis of silicate as well as organic materials, which have not been much studied jointly so far, in stratospheric particles of cosmic origin, reveals a correlation between the mineralogy of the grains and the lengths of the chains of their carbonaceous component. This link does not seem to be due to parent body processing but rather to trace pre-accretionnal processes. The preservation of pristine components in extraterrestrial materials slightly altered on their parent bodies is again confirmed by the discovery in this work, of inclusions in the “Paris” carbonaceous chondrite whose infrared spectra are similar to the interstellar carbonaceous species. The study of cometary grains from the Stardust space mission showed, unlike the common idea that comets should be composed only of primitive materials since they reside in a cold reservoir, that comets do also contain a number of materials formed at high temperature, thus confirming results from previous studies of Stardust samples and implying large-scale radial mixing of materials in the young Solar system disk.The second part of my work, dedicated to experiments on primitive extraterrestrial amorphous silicates analogs, is aimed to study the role that materials from which Earth has accreted could have played in its water budget in the frame of the “wet accretion” scenario. The experiments performed along this thesis simulating interactions between silicates and water vapor, showed that silicates allow the storage of large quantities of water by adsorption onto their surface of molecules directly from the gas phase.


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