Approche expérimentale de l'évolution du silicate amorphe dans le système solaire primitif

Experimental approach to the evolution of amorphous silicates in the primitive solar system

• Auteur / Autrice : Maxime Morgano
• Direction : Hugues Leroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 01/06/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• 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
• Jury : Président / Présidente : Damien Jacob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corentin Le Guillou, Mathieu Roskosz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Engrand, Zahia Djouadi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Altération (géologie)

Microscopie électronique

Thermodynamique

Cosmochimie

Phyllosilicates

Chondrites (météorites)

Système solaire -- Origines

Disques protoplanétaires

Mots clés libres

Silicates amorphes

Comoschemistry

Experimental Approach

Alteration

Electron microscopy

Thermodynamic

Résumé

Les silicates amorphes font partie des premiers solides présents dans le système solaire. Une partie de ces solides sont hérités du nuage moléculaire géant tandis que d'autres se sont formées par condensation dans le disque proto-planétaire. Ils sont observés dans certaines chondrites ordinaires et dans les chondrites carbonées et ils ont pu être modifiée par des phénomènes thermiques pré-accrétion ou par altération aqueuse sur le corps parent. Un autre modèle existait invoquant des interactions vapeur d'eau-grains de forstérite mais fut peu à peu abandonné à cause de la durée des processus jugées trop long a l'échelle du disque proto-planétaire et des énergies d'activation de la réaction mal contraintes. Pourtant depuis leur première observation dans une chondrite ordinaire en 1989, les silicates amorphes ne cessent d'être observés et s'imposent comme un des précurseurs d'une partie de la minéralogie secondaire observée dans les chondrites et les micrométéorites, tandis que des études d'altération atmosphériques de verres silicatés montrent que l'altération par phase vapeur de matériaux amorphes est plus efficace que l'altération aqueuse.Cette thèse a donc pour objectif d'étudier la modification du silicate amorphe dans le système solaire primitif par le biais de deux études expérimentales. Une première étude portera sur la condensation sur substrat chaud et le recuit de silicate amorphes de composition (Mg,Fe)SiO3 et (Mg,Fe)2SiO4. Elle montre que ces processus thermiques peuvent mener à la formation de phases similaires aux GEMS (excepté le sulfure) et que la réactivité des silicates amorphes est probablement sous-estimée et ont pu être modifié lors d'évènements thermiques intense et très ponctuels dans le temps. La seconde étude reprend le modèle d'interaction gaz-grains en étudiant les mécanismes et les lois cinétiques d'altération par phase vapeur de silicates amorphes de composition (Mg,Fe)SiO3 et explorera la possibilité de former des phyllosilicates dans différents environnements du disque proto-planétaire. Elle montre que l'énergie d'activation de la réaction d'altération de silicates amorphes de composition proche-CI par de la vapeur d'eau est suffisamment basse pour pouvoir envisager de tels modifications dans le disque proto-planétaire. La formation de ces phases hydratées venant appuyer le modèle de formation d'une terre non-sèche.

Amorphous silicates are among the first solids present in the solar system. Some of these are inherited from the molecular cloud while some are formed by condensation in the proto-planetary disk. They are observed in some ordinary chondrites and in the carbonaceous chondrites and they could be modified by thermal event before the accretion or by aqueous alteration on the parents bodies. An other model theorized gaz-grains interactions between water vapour and forsterite but itw as gradually forgotten because of too long processes and a poorly constrained activation energy. However, since their first observation in an ordinary chondrite in 1989, amorphous silicates have continued to be observed and are gradually considered as one of the precursors of part of the secondary mineralogy observed in chondrites and micrometeorites, while studies of atmospheric weathering of silicate glasses shows that atmospheric alteration of amorphous material is more efficient than aqueous alteration. This thesis therefore aims to study the modification of amorphous silicate in the early solar system through two experimental studies. The first study will focus on the condensation on a hot substrate and the annealing of amorphous silicates of composition (Mg,Fe)SiO3 et (Mg,Fe)2SiO4. It show that thermal processes can lead to the formation of phases similar to GEMS (except sulfides) and also show that the reactivity of amorphous silicates is probably underestimated and could have been modified during intense and very short in time thermal events. The second study takes up the gas-grain interaction model by studying the mechanisms and the kinetics of water vapor alteration of (Mg,Fe)SiO3 amorphous silicates and will explore the possibility of forming phyllosilicates in some environments in the proto-planetary disk. It shows that the activation energy of water vapor alteration of amorphous silicates close to CI amorphous silicates composition by water vapo ris low enough to consider such modifications in the proto-planetary disk. he formation of these hydrated phases supporting the model of formation of a partially hydrated earth.