Fractionnement isotopique de l’hydrogène induit par l’irradiation ionisante sur des analogues de poussières protoplanétaires

par Boris Laurent

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique, Sciences des matériaux

Sous la direction de Hugues Leroux et de Mathieu Roskosz.


  • Résumé

    Il y a quelques quatre milliards et demi d’années, l’effondrement d’une région dense d’un nuage moléculaire a donné naissance à une étoile (notre Soleil) entourée d'un disque composé de poussières et de gaz. L’étude des premiers solides du disque et de leurs rapports D/H a révélé un enrichissement important en deutérium comparé au réservoir principal, l’étoile en formation. L’irradiation ionisante par l’étoile pourrait avoir joué un rôle important dans l’évolution de cette matière finement divisée. Au cours de cette thèse, une étude expérimentale des effets des irradiations ionisantes sur le fractionnement isotopique de l’hydrogène a été menée sur des d’analogues de poussières du disque. L’irradiation d’analogues de matière organique insoluble (MOI) a montré un enrichissement significatif en deutérium en fonction de l’énergie déposée. L’ensemble des modifications structurales, chimiques et isotopiques sont corrélées et suivent une même loi cinétique du premier ordre. La présence de plateaux isotopiques pour les doses maximales et les facteurs de fractionnement intramoléculaires associés suggèrent que l’irradiation ionisante pourrait être à l’origine de la signature isotopique de la MOI de la chondrite primitive Orgueil, à partir d’un précurseur possédant une signature terrestre.L’irradiation d’analogues de silicates hydratés a montré un enrichissement en deutérium dépendant de la dose mais cependant moins élevé que pour la MOI. Ces résultats vont dans le sens d’une évolution découplée entre une matière organique très riche en deutérium et des silicates hydratés très proches de la signature terrestre, observations reportées pour l’ensemble des chondrites carbonées.

  • Titre traduit

    Hydrogen fractionation induced by ionizing irradiation of protoplanetary dust analogs


  • Résumé

    About four and a half billions years ago, the collapse of a dense region of an interstellar cloud resulted in the formation of a young star (our Sun), surrounded by a disk of gas and dust. The study of the first solids in the protoplanetary disk has revealed a large variability of the hydrogen isotopic signature. This signature is highly enriched in D compared to the main reservoir, the newly formed star. In this context, ionizing irradiations could act as a powerful mechanism to transform the dust in the disk. In this thesis, an experimental study of the effects of ionizing irradiation on the hydrogen isotopic fractionation has been carried out, on dust H-bearing analogues. The ionizing irradiation of insoluble organic matter (IOM) has shown significant deuterium enrichment as a function of the deposited energy. The structural, chemical and isotopic evolutions are correlated and can be fairly described using a first-order rate law formalism. Plateau values, corresponding to the maximum bulk isotopic composition, allow a direct determination of the intramolecular fractionation factors. These fractionation factors point out the ionizing irradiation as a possible mechanism to explain the isotopic signature of the IOM of the Orgueil primitive chondrite, from an organic precursor with a terrestrial isotopic signature. The ionizing irradiation of hydrated silicates has revealed a limited deuterium enrichment compared to the IOM. These results are consistent with isotopic measurements made in carbonaceous chondrites. In these objects, the IOM is highly enriched in deuterium compared to the hydrated silicates, with an isotopic signature close to the terrestrial oceans value.


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