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Défi de tous les savoirs (DS10)
Edition 2014


SAPINS


Processus d'altération secondaire dans le système solaire

Processus d'altération secondaire dans le système solaire
Les chondrites sont les témoins uniques de la naissance du système solaire et nous renseignent sur les conditions astrophysiques de formation du Soleil. Cependant, ces objets ont été affectés par des processus d'altération secondaire qui ont entraîné des changements importants de leurs caractéristiques primaires dont les mécanismes, les conditions physico-chimiques et la durée de ces processus d'altération secondaire sont encore aujourd'hui mal compris.

Evolution physico-chimique des astéroïdes
Deux groupes de chondrites (CM & CV) seront utilisés comme fil conducteur tout au long de ce projet car ils représentent les deux types d'altération principaux qui se sont déroulés lors de l'évolution géologique des asteroids : hydrothermalisme à basse température et métamorphisme assisté par des fluides. Au sein de ces chondrites, les carbonates, les olivines ainsi que les associations tochilinite-cronstedtite et fayalite-magnetite-sulfures seront utilisés comme sondes thermochimiques pour répondre aux questions fondamentales concernant les processus d'altération. Quelles sont les compositions des fluides qui ont affecté les chondrites? Dans quelles conditions physico-chimiques ces processus d'altération ont-ils eu lieu? Quelle a été la durée de ces processus d'altération? Enfin, de manière générale, quels est le rôle fondamental joué par les processus d'altération secondaire dans l'établissement des caractéristiques chondrites?

Approche intégérée de l'altération des météorites
Le projet SAPINS s'articulera autour de quatre tâches scientifiques principales : (i) Micro-caractérisation des phases secondaires produites lors des processus d'altération, (ii) Détermination de la composition des fluides d'altération, (iii) Expérience de laboratoire d'interaction fluide-roche et (iv) Détermination de la composition isotopique et des âges Mn-Cr des phases d'altérations. Les données générées au cours du projet SAPINS seront intégrées dans un modèle global et permettront une nouvelle compréhension des conditions et des processus d'altération qui se sont déroulés dans le jeune système solaire

Résultats

La micro-caractérisation des chondrites de types CM nous a permis de démontrer que les phases secondaires hydratées des chondrites CM (associations tochilinite-cronstedtite) résultent de processus de pseudomorphisme de silicates cristallins anhydres. Ce résultat est important car il nous permet de bien contraindre les compositions des fluides d'altération ainsi que l'évolution des conditions physico-chimiques (température, fugacité en oxygène) lors de l'altération. La détection d'inclusions fluides dans des calcites est délicate car leur nombre est très faible. Nous avons cependant trouvé plusieurs candidats intéressants mais les mesures par spectrométrie RAMAN sont pour l'instant impossible du fait de problème de fluorescence. Nous travaillons en ce moment afin de solutionner ce problème. Des assemblages minéralogiques sont en train de «cuire« dans des autoclaves en présence de fluides de compositions variables. Cette tâche est au long cours (certaines expériences vont durer 3 ans) mais les premiers résultats obtenus au bout de 6 mois d'expérience sont très prometteurs. Les phases secondaires produites ont des minéralogies variables mais certaines expériences effectuées avec des fluides riches en soufre et dans des conditions faiblement alcalines permettent de former des minéraux similaires à ceux observés dans les chondrites de type CM. Il est nécessaire d'attendre la confirmation de ces résultats dans le cadre d'expériences plus longues et de passer à la modélisation thermodynamique. La détermination de la composition isotopiques en oxygène des carbonates des chondrites CM est terminée. Les résultats sont extrêmement intéressant car ils permettent de démontrer que : (i) l'altération des chondrites CM a eu lieu à des températures beaucoup plus élevées (50-300°C) que celle proposées précédemment (0-25°C) et (ii) que les chondrites CM ont accrété une quantité significative de glace des zones externes du système solaire.

Perspectives

Outre les expériences de laboratoire qui sont actuellement en cours, nous réalisons actuellement des mesures des compositions isotopiques en carbone des carbonates et les premiers semblent montrer que celles-ci évoluent en fonction du degré d'altération. D'autre part, nous avons également entrepris la synthèse haute pression de dolomite dopée en manganèse en chrome afin de pouvoir déterminer la chronologie relative de précipitations des différents carbonates dans les chondrites CM. Nous avons eu des soucis techniques du fait d'une distribution hétérogène du manganèse et du chrome mais les dernières synthèses sont plus homogènes. Nous allons continuer notre effort afin d'obtenir des standards homogènes et réaliser les datations par sonde ionique.

Productions scientifiques et brevets

1. Pignatelli I., Marrocchi Y., Vacher L.G., Delon R. & Gounelle M. (2016). Multiple precursors of secondary mineralogical assemblages in CM chondrites. Meteoritics & Planetary Science 51, 785-805. doi: 10.1111/maps.1262
2. Pignatelli I., Vacher L.G. & Marrocchi Y. (2015) Comment on “Hydrothermal preparation of analogous matrix minerals of CM carbonaceous chondrites from metal alloy particles” by Peng Y. and Jing Y. [Earth Planet. Sci. Lett. 408 (2014) 252-262]. Earth and Planetary Science Letters 428, 304-306, doi.org/10.1016/j.epsl.2015.07.050
3- Fujiya W., Sugiura N., Marrocchi Y., Takahata N., Hoppe P., Shirai K., Sano Y. & Hiyagon H. (2015). Comprehensive study of carbon and oxygen isotopic compositions, trace element abundances, and cathodoluminescence intensities of calcite in the Murchison CM chondrite. Geochimica et Cosmochimica Acta 161, 101-117, doi.org/10.1016/j.gca.2015.04.010.

Partenaires

CRPG-CNRS Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques

Aide de l'ANR 198 915 euros
Début et durée du projet scientifique octobre 2014 - 48 mois

Résumé de soumission

Les chondrites sont les témoins uniques de la naissance du système solaire et nous renseignent sur les conditions astrophysiques de formation du Soleil. Cependant, ces objets ont été affectés par des processus d'altération secondaire qui ont entraîné des changements importants de leurs caractéristiques primaires (texture, minéralogie, compositions chimiques et isotopiques). Bien que largement acceptés, les mécanismes, les conditions physico-chimiques et la durée de ces processus d'altération secondaire sont encore aujourd'hui mal compris. Cette lacune limite fortement les informations que les astrophysiciens peuvent tirer des météorites. Compte tenu de la complexité scientifique de ce problème, des spécialistes de cosmochimie, d'altération terrestre, d'interactions fluide-roche et de thermodynamique ont décidé d'unir leurs compétences dans un projet commun entièrement dédié à l'étude des processus d'altération secondaire des chondrites.
Deux groupes de chondrites (CM & CV) seront utilisés comme fil conducteur tout au long de ce projet car ils représentent les deux types d'altération principaux qui se sont déroulés lors de l'évolution géologique des asteroids : hydrothermalisme à basse température et métamorphisme assisté par des fluides. Au sein de ces chondrites, les carbonates, les olivines ainsi que les associations tochilinite-cronstedtite et fayalite-magnetite-sulfures seront utilisés comme sondes thermochimiques pour répondre aux questions fondamentales concernant les processus d'altération. Quelles sont les compositions des fluides qui ont affecté les chondrites? Dans quelles conditions physico-chimiques ces processus d'altération ont-ils eu lieu? Quelle a été la durée de ces processus d'altération? Enfin, de manière générale, quels est le rôle fondamental joué par les processus d'altération secondaire dans l'établissement des caractéristiques chondrites?
Le projet SAPINS s'articulera autour de quatre tâches scientifiques principales : (i) Micro-caractérisation des phases secondaires produites lors des processus d'altération, (ii) Détermination de la composition des fluides d'altération, (iii) Expérience de laboratoire d'interaction fluide-roche et
(iv) Détermination de la composition isotopique et des âges Mn-Cr des phases d'altérations. Les données générées au cours du projet SAPINS seront intégrées dans un modèle global et permettront une nouvelle compréhension des conditions et des processus d'altération qui se sont déroulés dans le jeune système solaire. Cette connaissance bénéficiera directement aux communautés cosmochimiques et astrophysiques. Le financement de cette ANR est essentiel afin de fournir le soutien nécessaire à cette approche pluridisciplinaire innovante caractérisée par la combinaison d'expertises en pétrographie, géochimie et pétrologie expérimentale. La réalisation de ce projet induira également de nouveaux développements ainsi que des interactions fructueuses entre les différentes communautés impliquées.

 

Programme ANR : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014

Référence projet : ANR-14-CE33-0002

Coordinateur du projet :
Monsieur Yves Marrocchi (Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques)

Site internet du projet : http://www.crpg.cnrs-nancy.fr/spip.php?article1795

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.