Etude d'une série de micrométéorites antarctiques : caractérisation multi-analytique et comparaison à des chondrites carbonées

par Manon Battandier

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement (CESTUE)

Sous la direction de Pierre Beck et de Lydie Bonal.

Le président du jury était Jean-Charles Augereau.

Le jury était composé de Cécile Engrand, Hugues Leroux.

Les rapporteurs étaient Zahia Djouadi, Jérôme Aléon.


  • Résumé

    L'étude des petits corps de système solaire (astéroïdes et comètes), qui se sont formés il y a 4.567 milliards d'années, nous renseigne sur les matériaux initialement présents dans la nébuleuse solaire et sur les processus opérants dans le système solaire primitif. Cette étude peut être notamment menée par l'analyse de cosmomatériaux dits primitifs, telles que des météorites (principalement les chondrites), des poussières interplanétaires (IDPs) ou encore des micrométéorites.Ce travail de thèse consiste en une multi-analyse d'une série de 58 micrométéorites antarctiques (AMMs) provenant de la collection CONCORDIA 2006 et 2016. Parmi elles, différents types texturaux reflétant les différents degrés de chauffage subi durant l'entrée atmosphérique sont représentés: 40 particules non fondues à grains fins (Fgs), 12 particules intermédiaires partiellement fondues (Fg-Scs), 1 particule partiellement fondue scoriacée (Sc) et 5 sphérules cosmiques complètement fondues (CSs). Les échantillons ont été étudiés par différentes méthodes analytiques: i) par spectroscopie Raman, permettant ici d'étudier la structure de la matière organique polyaromatique; ii) par spectroscopie IR, permettant ici d'étudier la matière organique essentiellement aliphatique ainsi que l'état d'hydratation et la minéralogie des échantillons; et 3) par spectrométrie de masse à ionisation secondaire (NanoSIMS), utilisée ici pour mesurer la composition isotopique du carbone et de l'azote de la matière organique contenue dans les AMMs. Dans le but de contraindre la diversité des corps parents échantillonnés par les cosmomatériaux, des chondrites carbonées de types 1 et 2 CM, CR et CI sont également étudiées.La combinaison des caractérisations Raman et IR a permi de mettre en évidence des différences entre les AMMs, en terme d'abondance, de structure et de composition chimique de la matière organique, de minéralogie et d'état d'hydratation. En particulier, 7 Fgs se distinguent des autres AMMs de part: i) une minéralogie hydratée avec phyllosilicates, ii) une richesse en matière organique polyaromatique et aliphatique, iii) une structure de la matière organique polyaromatique différente. Des expériences de chauffage, mises en place dans le présent travail, sur des grains de matrice de chondrites carbonées CM, CR, CI montrent que la traversée atmosphérique peut induire: la déshydratation des échantillons, une diminution de l'abondance en matière organique et une modification structurale de la matière organique polyaromatique. L'identification de 17 Fgs non hydratées montre que malgré une texture à grains fins, certaines Fgs peuvent avoir subi un chauffage significatif durant l'entrée atmosphérique. Les 7 Fgs identifiées apparaissent alors comme celles ayant été le moins modifiées par la traversée atmosphérique et sont donc les plus primitives de notre série. De plus, cette étude montre que l'état d'hydratation, la minéralogie et la matière organique sont des traceurs encore plus sensibles au chauffage subi lors de la traversée atmosphérique que la texture des micrométéorites.Des différences propres, ne s'expliquant pas par le chauffage atmosphérique, sont révélées entre les 7 Fgs hydratées et les chondrites carbonées CM, CR, CI étudiées. Ces différences sont: i) une signature spectrale spécifique des silicates en IR, ii) une richesse en matière organique aliphatique et iii) des caractérisques différentes de la matière organique aliphatique. De plus, l'analyse des compositions isotopiques du carbone et de l'azote montre une grande variabilité des rapports isotopiques parmi les AMMs contrairement aux observations dans les chondrites carbonées. Ces différences propres sont ici interprétées par l'échantillonnage de corps parents différents entre AMMs et chondrites carbonées.

  • Titre traduit

    Study of a series of Antarctic micrometeorites : multi-analytic characterization and comparison with carbonaceous chondrites


  • Résumé

    The study of the Solar System's small bodies (asteroids and comets), formed 4.567 billions years ago, gives us an insight on the materials initially present in the solar nebula and on the mechanisms operating in the primitive Solar System. This study can be performed via the analysis of the so-called primitive cosmomaterials, as meteorites (mainly chondrites), interplanetary dust particles (IDPs) or even micrometeorites.This PhD thesis consists of a multi-analysis of a series of 58 Antarctic micrometeorites (AMMs) from the CONCORDIA 2006 and 2016 collections. This set of AMMs provides a large range of textural types reflecting different intensities of heating experienced during the entry in the atmosphere : 40 unmelted fine-grained particles (Fgs), 12 particles intermediate partially melted (Fg-Scs), 1 partially melted scoriaceous particle (Sc) and 5 completely melted cosmic spherules (CSs). To study these samples, I used different analytical methods : i) Raman spectroscopy, to study the structure of the polyaromatic organic matter; ii) infrared (IR) spectroscopy, to analyze the aliphatic organic matter as well as the hydration state and the mineralogy of these samples; and iii) nanoscale secondary ion mass spectroscopy (NanoSIMS) to measure the isotopic composition of carbon and nitrogen of the organic matter contained in the AMMs. In order to constrain the diversity of parent bodies sampled by cosmomaterials, I also studied type 1 and 2 CM, CR and CI carbonaceous chondrites.The combination of Raman and IR techniques reveals differences among AMMs in terms of abundance, structure and chemical composition of the organic matter, mineralogy and hydration state. In particular, 7 Fgs distinguishing themselves from others AMMs as they show : i) a hydrated mineralogy with phyllosilicates, ii) an abundance in polyaromatic and aliphatic organic matter and iii) structural differences in the polyaromatic organic matter. Heating laboratory experiments, on CM, CR and CI carbonaceous chondrite matrices show that the atmospheric entry can induce : a dehydration of the samples, a drop in the abundance of organic material and a structural modification of polyaromatic organic matter. The identification of 17 non-hydrated Fgs reveals that, in spite of their fined-grained texture, some Fgsmay have experienced significant heating during their entry in the atmosphere. The 7 identified Fgs then appears as the ones that were the least affected by the atmospheric entry and thus the most primitive of our series. Moreover, this study shows that the hydration state, the mineralogy and the organic matter are more sensitive tracers to heating experienced during the atmospheric entry than the texture of micrometeorites.Intrinsic differences, which cannot be explained by the atmospheric entry, are also revealed between the 7 hydrated Fgs and CM, CR and CI chondrites. These differences are : i) a specific spectral signature of silicates in IR, ii) an abundance in organic and aliphatic material and iii) different characteristics of the aliphatic organic matter. Moreover, the analysis of the isotopic composition of carbon and nitrogen shows large variabilities among AMMs, in opposition with observations among carbonaceous chondrites. These intrinsic differences are explained here as AMMs and carbonaceous chondrites sampling distinct parent bodies.


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