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Processus de différenciation : des chondrites aux continents

Différenciation précoce des planètes telluriques

La ségrégation de la matte métallique et le magmatisme primordial constiuent des étapes majeures dans la différenciation précoce des planétoïdes. L’étude de ces événements est impossible sur Terre car la géodynamique a effacé les témoins de cette époque. Nous ne disposons pas d’échantillons du noyau et les données expérimentales sont encore insuffisantes pour modéliser fidèlement ces processus. Certaines suites de météorites nous apportent des informations en provenance d’autres corps planétaires et peuvent en partie combler cette lacune.

Formation du Noyau

coefficients de partage taenite-olivine obtenus pour 3 pallasites representatives des trois groupes de pallasises
coefficients de partage taenite-olivine obtenus pour 3 pallasites representatives des trois groupes de pallasises
Bleu : Vermillion (« pyroxene bearing-pal ») ; vert : Marjhalati (« main group-pal ») ; rouge : Eagle Station (« Eagle Station group-pal ») ; carrés vides, analyse par ID-TIMS (Burton et al., 2002).

Les météorites de fer magmatiques IIIAB et les pallasites représentent un « proxy » de basse pression pour l’étude du comportement des éléments sidérophiles et chalcophiles au cours de la ségrégation de la matte métallique [1]. Il possible, en particulier, de déterminer des coefficients de partage métal-sulfure et métal-silicates pour ces éléments, et de les comparer avec les données expérimentales. Ces travaux seront
complétés par une étude similaire appliquée aux achondrites de la suite eucrites-diogénitesangrites, qui permettront d’évaluer les coefficients de partage métal-silicates dans des conditions de fugacité d’oxygène contrastées (voir "Magmatisme primordial" ci-dessous).

Les analyses isotopiques préliminaires de Cu et Zn dans les météorites IIIAB semblent montrer des covariations, peut-être dues au fractionnement de silicates, de sulfures ou de chromite. Par ailleurs la fraction fer de la pallasite Brenham pourrait se situer sur une extension de cette corrélation, en accord avec le modèle proposant que les pallasites soient des produits de cristallisation de liquides métalliques évolués. D’autres échantillons, choisis pour leurs teneurs en Ni et Cr variables, seront analysés afin de vérifier cette tendance. Les développement prévus incluent également l’analyse isotopique de Ga, complémentaire de Cu et Zn du fait de ses propriétés intermédiaires.

Magmatisme primordial

Les achondrites du groupe eucrites – diogénites – angrites représentent une suite de météorites mafiques témoignant de la différenciation précoce d’un planétoïde (Vesta). Si les isotopes de l’oxygène attestent de leur origine au sein d’un même corps planétaire, l’origine exacte de ces différents types de métérorites et leurs relations génétiques sont encore mal comprises. Ces inconnues se traduisent par de nombreuses incertitudes concernant la différenciation précoce de Vesta, et en particulier la chronologie relative de la ségrégation du noyau métallique et du magmatisme précoce, et les processus de formation d’une protocroûte. Par ailleurs, les eucrites/diogénites d’une part, et des angrites d’autre part, se sont formées dans des conditions très différentes de fugacité d’oxygène (plus oxydantes pour les angrites). La coexistence dans un planétoïde de petite dimension, et dans un laps de temps probablement court, de régions, ou d’épisodes, à fO2 aussi différentes pose un problème non résolu à ce jour. Notre objectif est de contribuer à la compréhension de cette suite de météorites au moyen d’une approche pluridisciplinaire, texturale, pétrologique et géochimique. Parmi les techniques qui seront mises en oeuvre, la mesure des fabriques cristallographiques par MEB-EBSD sera utilisée pour préciser les caractéristiques texturales des échantillons. Notre savoir-faire dans ce domaine a d’ores-et-déjà été appliqué aux clinopyroxènes et aux olivines de nakhlites et de shergottites martiennes, dans le but de contraindre leur histoire magmatique. Nous travaillons actuellement sur des uréilites afin de déterminer – en renfort de la géochimie - si ces roches sont des cumulats ou des restites recristallisées. A l’exemple de ce qui a été réalisé à Montpellier pour les roches mantelliques, notre objectif est de construire une base de données de fabriques pour les achondrites.

Manteau primitif

Préciser la composition du manteau « primitif », ou « Terre silicatée », a toujours été une préoccupation des géochimistes. Si cette composition est relativement bien connue pour pour les éléments lithophiles réfractaires, il n’en est pas de même pour les éléments sidérophiles et chalcophiles. Or la distribution de ces éléments est un élément important pour contraindre les stades précoces de la différenciation terrestre tels que la ségrégation du noyau et le bombardement météorique « tardif » (postérieur à la ségrégation du noyau). La composition du manteau primitif pour ces éléments, ainsi que pour les isotopes de l’osmium, est largement dérivée de deux suites de péridotites : les xénolites de Kilbourne Hole et les péridotites des Pyrénées. Or les résultats préliminaires du projet « Lherz » conduits par notre équipe (voir "Interactions asthénosphère-lithosphère") nous conduisent à remettre en cause le caractère primaire des lherzolites de ce massif. Une partie du projet consistera donc à affiner les contraintes sur la composition du manteau primitif à la lumière de des travaux réalisés sur les lherzolites.


[1Mullane E., Alard O, Gounelle M. and Russel S.S., 2004. Chem. Geol. 208, 5-28