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

par Manon Battandier

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement


Sous la direction de Pierre Beck et de Lydie Bonal.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Terre, Univers, Environnement , en partenariat avec Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble (laboratoire) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les caractéristiques physico-chimiques des comètes et de certains astéroïdes n'ont été que relativement peu modifiées depuis leur formation il y a 4.567 milliards d'années. Ces petits corps, dits « primitifs », apportent donc des contraintes sur les matériaux initialement présents dans la nébuleuse dont le système solaire est issu et sur les processus opérants dans le système solaire jeune. Les données d'observations depuis la Terre et par plusieurs missions spatiales révèlent des similitudes entre astéroïdes et comètes et rend leur distinction parfois délicate. Par exemple, de la glace d'eau est présente sur certains astéroïdes, et une « activité cométaire » a été observée sur plusieurs petits corps de la ceinture principale d'astéroïdes. La composition isotopique de l'hydrogène de l'eau est variable d'une comète à une autre, et ne se différencie donc pas nécessairement des eaux terrestres et astéroïdales. Certains modèles numériques de simulation de formation du système solaire (le « Grand Tack » et le « modèle de Nice ») ont récemment suggéré un lien initial entre astéroïdes et comètes. Enfin, l'étude en laboratoire de cosmomatériaux primitifs (échantillons d'origine extraterrestre) tels que certaines météorites, poussières interplanétaires (IDPs), les grains cométaires Stardust, et micro-météorites révèlent également des similarités entre matériaux cométaire et astéroïdal. Toutefois, des différences subtiles, notamment en termes de compositions élémentaire, chimique et isotopique de la matière carbonée, sont mesurées. Celles-ci sont potentiellement liées à l'échantillonnage de différents réservoirs de matière carbonée dans le système solaire jeune et/ou à différents processus ultérieurs à l'accrétion des petits corps. Ces différences doivent être finement comprises pour évaluer la pertinence de ces hypothèses et ainsi prétendre à la compréhension du lien entre astéroïdes et comètes. Le travail de thèse proposé entre dans ce contexte et repose sur la caractérisation multi-analytique de séries variées de cosmomatériaux primitifs (poussières interplanétaires IDPs, micro-météorites, clasts xénolithiques au sein de chondrites, etc). Un accent particulier sera mis sur l'étude du matériau carboné qui y est présent tout en prenant en compte le contexte minéralogique de chacun des échantillons. L'objectif est de distinguer les modifications induites par des processus physico-chimiques ayant eu lieu après la formation des corps-parents des différences primordiales pré-accrétion liées à l'échantillonnage de différents réservoirs. Les différentes caractéristiques de la matière carbonée – chimiques, structurales et isotopiques – des cosmomatériaux seront systématiquement comparées à celles obtenues (i) sur un très large panel de chondrites; (ii) sur des analogues ayant été soumis à des processus physiques contrôlés, spécifiques (ex. chauffage, irradiation…), et pertinents. Outre un apport aux débats en cours dans la communauté de cosmochimie, ce travail de thèse apportera un soutien à l'analyse de données observationnelles relatives aux surfaces sombres et froides des petits corps du système solaire externe, mesurées au sol ou par des sondes robotisées (e.g. Rosetta, New Horizons). Ce travail s'inscrit également dans le contexte actuel de missions spatiales avec retour d'échantillons, à savoir Hayabusa-2 (JAXA) et OSIRIS-REx (NASA) qui ont pour objectif l'échantillonnage de deux astéroïdes de type C et B, avec des retours sur Terre en 2018 et 2023, respectivement. Ce travail de thèse se fera au sein de l'équipe de Planétologie de l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. Notre groupe a une expertise reconnue sur la caractérisation des composés volatiles dans des matériaux extraterrestres d'origine astéroïdale dans le but de contraindre les origine et évolution de l'eau et de la matière organique dans le système solaire jeune. Ce sujet de thèse s'inscrit dans une volonté forte de développer une activité de recherche sur des cosmomatériaux autres que les météorites. Le candidat en thèse bénéficiera de collaborations nationales et internationales d'ores-et-déjà établies et effectives de façon à accéder à toutes les techniques analytiques requises (spectroscopies Raman et IR, microscopie électronique, spectrométrie de masse à ionisation secondaire SIMS). L'approche (i) multi-analytique, (ii) sur diverses séries de cosmomatériaux précieux, et (iii) en collaborations avec plusieurs équipes permettront à l'étudiant d'acquérir un nombre certains de compétences analytiques et suffisamment de recul sur son sujet pour poursuivre dans le milieu de la recherche avec tous les atouts nécessaires.

  • Titre traduit

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


  • Résumé

    The majority of small bodies in the Solar System did not experience melting and differentiation. Their physico-chemical characteristics have not substantially evolved since their formation 4.567 Gyr ago. These bodies, termed “primitive”, thus constrain the original precursors, as well as the various processes that operated in the young Solar System. Recently several discoveries have blurred the distinction between primitive asteroids and comets. Indeed, water ice has been observed on some asteroids and “cometary activity” has been witnessed on several small bodies in the main asteroid belt. The hydrogen isotopic composition of the water in comets is variable and is not necessarily different from that in terrestrial and asteroidal waters. These measurements and observations have to be put in perspective with some recent breakthroughs in modeling of the formation of the Solar System (so-called Grand Tack and Nice models), suggesting a primordial link between comets and asteroids. Last but not least, studies in laboratory of primitive cosmomaterials (extraterrestrial samples available on Earth) such as meteorites, interplanetary dust particles (IDPs), Stardust grains, and micrometeorites are also revealing some similarities between asteroidal and cometary materials. Nevertheless, these materials also exhibit some subtle differences, e.g. in the elemental, chemical, and isotopic compositions of the carbonaceous matter. These differences may be related to the sampling of distinct carbonaceous reservoirs in the early Solar System and/or to varying post-accretion processes. This is something to be elucidated before a better understanding of the asteroid-comet continuum. The proposed work enters into that framework and is based on the multi-analytical characterization of series of primitive cosmomaterials (Interplanetary Dust Particles, micro-meteorites, clasts in chondrites…). The work will be mostly focused on the carbonaceous matter with the combination of structural, chemical and isotopic characterization. The objective is to distinct modifications induced by post-accretion processes from primary differences reflecting distinct reservoirs. Data obtained on cometary and asteroidal dust will be systematically compared to those on (i) chondritic meteorites and to (ii) natural or synthetic materials modified in laboratory through controlled processes/simulations. This work will not only bring new arguments to active debates in the cosmochemistry community, but also fits well in the present context of space missions. Indeed, it will give additional clues to constrain observational data of dark planetary surfaces (Rosetta, New Horizons) and reference data for missions with returned samples (Hayabusa-2, JAXA 2018; and OSIRIS-Rex, NASA, 2023). This work will be led in the team of planetary sciences in the “Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble”. Our research group has a recognized expertise on the origin and evolution of volatiles (organic matter and water), in particular in chondritic meteorites. We now want to develop the activity on small cosmomaterials other than meteorites. The student will directly take advantage of already established and effective national and international collaborations, ensuring an easy access to all necessary analytical techniques (Raman and IR spectroscopies, SIMS…). The multi-analytical approach (i) on series of cosmomaterials (ii) in collaborations will several teams (iii) will give to the PhD candidate all the skills indispensable to lead a research career.