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Des noyaux à la Terre Acte II Bertrand DEVOUARD Laboratoire Magmas et Volcan (UBP-CNRS-OPGC) Nébuleuse de l’Aigle, Hubble Space Telescope (NASA) - 4, 567 milliards d'années vue d'artiste Casting Casting Les invités : isotopes radioactifs à courte période isotope (R) période (Ma) isotope fils 10 Be 1.5 26 Al 0.74 Mn 3.7 53 Cr Fe 1.5 60 Ni 16 129 Xe 53 60 129 I 10 26 isotope stable (S) B 9 Mg 27 55 56 Be abondance initiale (R/S) 10-2 Al 5 . 10-5 Mn 10-5 Fe 10-6 127 I 10-4 Isotopes radioactifs à courte période Stellaires ou nébulaires ? Résumé Schémas : C. Allègre La situation actuelle Astéroïdes Comètes Les météorites : la mission spatiale du pauvre Ida et Dactyl - Image NASA / Galileo Les météorites : des pierres pas comme les autres chondre CAI Météorite pierreuse Chondrites (microscopie photonique) Pallasite Météorite de fer images MNHN Les météorites primitives (CI 1) ont la composition globale de la nébuleuse Météorite d’Orgueil (image MNHN) l'âge du système solaire - Scène 1 - Gaz et solides à l'origine de la nébuleuse solaire Gaz et poussières 99 % gaz (H, He) 1 % poussières Nébuleuse de l’Aigle, Hubble Space Telescope (NASA) Poussières interstellaires et circum-stellaires silicates amorphes olivine et pyroxènes matière carbonée glaces D ’après Greenberg, 1979; Nuth, 2001; Carrez, 2002 Que reste-t-il des poussières interstellaires? Grains présolaires Homogénéité de la nébuleuse Répartition de la matière dans la nébuleuse Condensation des solides et fractionnement chimique radial 2000 K 300 K protostar HH30 - image Hubble Space Telescope D’après Carrez, 2002; Nuth, 2001 Condensation des solides dans la nébuleuse corundum (α-Al2O3) 1400 perovskite (CaTi03) CAIs mellilite (Ca2MgSi207) spinel diopside (MgAl2O3) iron (MgCaSi2O6) (Fe,Ni) Temperature (°C) forsterite 1100 anorthite (CaSi2Al2O8) (Mg2SiO4) enstatite Chondrites ordinaires (MgSiO3) plagioclase (with Na+Al↔Ca+Si) olivine & pyroxene (Fe↔Mg) 500 150 troilite (FeS) phyllosilicates sulfates, carbonates magnetite Composés organiques (Fe3O4 ) Chondrites carbonées glaces 0 d'après Grossmann et al. Répartition de la matière dans la nébuleuse D ’après Carrez, 2002; Shu et al., 1996 chondrites à enstatite chondrites ordinaires chondrites carbonées Répartition de la matière dans la nébuleuse Diagramme de Urey-Craig d’après Sears &Akridge, 1998 Righter et al., 2006 - Scène 2 - De la nébuleuse aux protoplanètes Les chondres : constituants principaux des météorites primitives image MEB-BSE d'une météorite très primitive (KelbEllouz, LL 3.10) - M. Messaoudi et B. Devouard. Les chondres : constituants principaux des météorites primitives image B. Zanda, MNHN. Les chondres : constituants principaux des météorites primitives des gouttelettes en apesanteur Formation des chondres fusion chondre précurseurs nature des précurseurs ? conditions de fusion ? interplanetary dust particule (IDP) document R. Hewins Formation des chondres contraintes expérimentales Tmax : 1300 - 1700°C Refroidissement : 10-1000 °C/hr P > 10 -5 bar épisode thermique : ondes de choc ? document R. Hewins et al. - Scène 3 - Evolution sur les corps-parents Accrétion des planètes, astéroïdes et comètes élévation de température (Ec, radioactivités...) ⇒ fusion des glaces (altération aqueuse) ⇒ métamorphisme thermique + métamorphisme de choc vue d'artiste Modifications du matériel chondritique primitif sur les corps parents différents corps parents - Scène 4 - Différenciation des corps parents Structure actuelle de la Terre (Mg,Fe)2SiO4 olivine (Mg,Fe)2SiO4 structure spinelle (wadsleyite et ringwoodite) (Mg,Fe)SiO3 structure pérovskite + (Fe,Mg)O magnésiowustite Formation des noyaux métalliques par fusion partielle du métal (Fe,Ni) et des sulfures pour corps parents de diamètre ≥ qqs. 10 km problème : percolation ? schéma D. Laporte Texture de Widmanstätten Les textures des météorites métalliques indiquent des vitesses de refroidissement de 5 à 500 °C / Ma => corps-parents de 70 à 8 km de diamètre Formation des croûtes silicatées par fusion partielle des silicates → magmatisme (mais où sont les manteaux ?) Composition chimique des chondrites carbonées CI et d’une achondrite comparées à la photosphère solaire Conclusion des noyaux (des éléments) aux noyaux (des planètes) La suite ? Actes III et IV Mercredi 21 novembre météorites et astéroïdes et aussi : la Lune, Mars, comètes (?) Les météorites : chutes, impacts et trouvailles Les météorites : chutes observées Gravure de la chute de la météorite d’Ensisheim (France) en 1492 Les météorites : chutes observées QuickTime™ et un décompresseur codec YUV420 sont requis pour visionner cette image. The Peekskill fall, October 9th, 1992 (N.Y. State, USA) Les météorites : impacts Meteor Crater, Arizona Tin Bider, Algérie Les météorites : des trouvailles aux prospections systématiques Prospections systématiques en Antarctique A 800g Antarctic meteorite collected during the Euromet/PNRA 2003-04 mission in Northern Victoria Land, Antarctica. (photo P. Rochette) Prospections systématiques dans le Sahara Prospections systématiques dans le Sahara Aguemour collecting field, near Reg El Acfer, Algeria. Mars 2003 (Photo B. Devouard) Prospections systématiques dans le Sahara Aguemour collecting field, near Reg El Acfer, Algeria. Mars 2003 (Photo B. Devouard) Prospections systématiques dans le Sahara Météorites Sahariennes non classifiées (Photo B. Devouard) Il y a beaucoup de météorites dans le Sahara... Data compiled by B. Zanda Les Météorites sahariennes sont intéressantes exemple des météorites martiennes Les météorites Martiennes (SNC) Shergottites (basaltes) Nakhlites (clinopyroxénites) Chassignites (cumulats d'olivine) ALH 84001 (orthopyroxénite) Image NASA HST Laves martiennes : exemple des Nakhlites Nahkla (éch. NMNH) MIL 03346 - Day et al., 2006 Laves martiennes : exemple des Nakhlites Nakhla (fall) 1911 10 kg Lafayette 1931 800 g Governador Valadares 1958 158 g NWA 817 2000 104 g Y-593/749/802 2000 15 kg NWA 998 2001 456 g MIL 03346 2003 715 g Mikouchi et al., 2003 âge de cristallisation : 1.3 Ga âge d’éjection : 10-11 Ma De la vie sur Mars ? La météorite martienne ALH84001 McKay et al., 1996 De la vie sur Mars ? Fractures dans un grain de pyroxène dans la météorite martienne Nakhla Photo : Oregon State University Tagish Lake, Niger… Tafassasset... Bencubbinites... Bencubbinites Gujba Bencubbinites Hammadah al Hamra 237 Chondrites carbonées métamorphisées Tanezrouft 057 Conclusions The carbonaceous chondrites Il nous faut plus de météorites ! have been around for more than 4 billion years; I suspect they will remain enigmatic, at least in part, for a few more years. ( Edwin Roedder, 1981 ) Formation des chondres importance des réactions solide-gaz (évaporation et recondensation) image BSE et cartographie chimique d'un chondre dans TAN-057 (C4) - B. Devouard Les chondres : constituants principaux des météorites primitives chondre à olivine "barrée" chondre à olivine chondre à olivine et pyroxène chondre à pyroxène images B. Zanda et R. Hewins (MNHN) Condensation des solides dans la nébuleuse • composition solaire (pas de fractionnement chimique) • P = PH2 = 10-5 bar • modèles thermodynamiques pas de liquides stables Grossmann et al. Altération dans les CM2 matrice fine serpentine (Mg,Fe) + tochilinite + traces Cr, Al, K... (amorphes?) Que reste-t-il des poussières interstellaires? Grains présolaires T.J. Bernatowicz, Washington University