Analyse quantitative des phénomènes de diffusion dans des échantillons météoritiques : étude par microscopie électronique en transmission

Quantitative analysis of diffusion phenomena in meteoritic samples : transmission electron microscopy study

• Auteur / Autrice : Priscille Cuvillier
• Direction : Damien Jacob, Hugues Leroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 09/10/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système solaire -- Origines

Électrons -- Diffraction

Microanalyse par émission X

Microscopie électronique en transmission

Métamorphisme (géologie)

Silicates

Diffusion (physique)

Chondrites (météorites)

Mots clés libres

Vitesses de refroidissement

Résumé

Les météorites sont des objets dont la formation date du début du système solaire. Les constituants de certaines d’entre elles, en particulier les chondrites, n’ont été que peu modifiés postérieurement. Leur étude renseigne donc sur les conditions physico-chimiques de formation et d’évolution des matériaux primitifs du système solaire. Les études présentées portent sur le développement et l’application de méthodes de microscopie électronique en transmission analytique. A partir d’observations à l'échelle sub-micrométrique, il s’agit de contraindre de façon quantitative les paramètres physico-chimiques associées aux conditions de transformation de la matière, et notamment les couples temps-température liés aux processus diffusifs.Une partie du travail concerne les modifications induites par un métamorphisme thermique modéré afin d’étudier les premières étapes de transformation sur les corps parents. Les profils de concentration aux interfaces entre minéraux majoritaires (olivine et pyroxènes) ont permis de contraindre la température du pic métamorphique de la météorite d'Allende dans la gamme 400-465°C et de mieux comprendre les premières étapes de l’évolution de la matrice d’Acfer 094. Une seconde partie est consacrée aux événements de haute température liés à la formation des chondres de type I. L’étude de pyroxènes calciques de la météorite de Paris a permis de préciser leurs vitesses de refroidissement, estimées entre 6 et 30°C/h. Enfin, nous avons mis en place une méthodologie permettant d’affiner la répartition des ions Fe2+ et Mg2+ dans les orthopyroxènes à partir de données de diffraction électronique, en relation avec les cinétiques de refroidissement.

Meteorites are objects formed in our early Solar System. Some of their components, especially in chondrites, have been subjected to little change afterwards. Their study gives thus access to the formation conditions of primitive material of the Solar System. This work concerns the development and the application of analytical transmission electron microscopy methods. The aim is to deduce from sub-micron observations the physical and chemical parameters associated to material transformation, and in particular the time-temperature couples related to diffusion phenomena. A first part of the work focuses on the modifications induced by moderate thermal metamorphism in order to study the first transformation steps on meteorite parent bodies. Concentration profiles at interfaces between major minerals (olivine and pyroxene) allow us to constrain the peak metamorphic temperature of the Allende meteorite between 400 and 465°C and to better understand the first evolution stages of the Acfer 094 matrix. A second part deals with the high temperature events associated to the type I chondrule formation. Within the Paris meteorite, their cooling rate has been estimated between 6 and 30°C/h from the study of calcic pyroxenes. At last, we implemented a method using electron diffraction to refine the Fe2+ and Mg2+ cations distribution in orthopyroxene, which is related to the cooling kinetics.