CENTRE DE SPECTROMETRIE NUCLEAIRE ET

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CENTRE DE SPECTROMETRIE NUCLEAIRE ET SPECTROMETRIE
DE MASSE
Caractérisation minéralogique et chimique des minéraux inclus
dans les résidus organiques des météorites primitives de
Murchison et de Orgueil
Sous la direction de Mr ALEON Jérôme

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Caractérisation minéralogique et
chimique des minéraux inclus dans
les résidus organiques des
météorites primitives de Murchison
et d
e
Orgueil
THIROUIN Audrey
Master 2
Géosciences/Géomatériaux
Parcours Planétologie
PARIS, juin 2007

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SOMMAIRE
I. Résumé/Abstract……………………………………………………………………….. Page 4
II. Introduction………………………………………………………………………………… Page 5
III. Présentation du laboratoire ………………………………………………………. Page 5
IV. Présentation du sujet ……………………………………………………………………..……..Page 6
1. Thématique
2. Chondrites carbonées
V. Préparation de l’échantillon et instrumentation ………………………………Page 9
1. Préparation des échantillons
2. Principe de fonctionnement du Microscope Electronique à Balayage
(MEB)
3. Principe de fonctionnement du Microscope Electronique à Transmission
(MET)
VI. Résultats……………………………………………………………………………………… Page 12
1. Minéraux observés
2. Comparaison Murchison/Orgueil
3. Corindon
4. Spinelle
5. Bilan des analyses
VII. Interprétations……………………………………………………………………………. Page 16
1. Origine des grains : Minéralogie
2. Corindons et autres oxydes réfractaires
3. Spinelles
VIII. Conclusion…………….………………………………………………………….……….. Page 19
IX. Remerciements…………………………..……………………………………………… Page 20
X. Bibliographie…………………………………….……………………………………….. Page 21
XI. Annexes……………………………………………………………………………………… Page 22

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I. Résumé/Abstract
Au cours de ce stage, nous avons choisi d’étudier la minéralogie des minéraux
inclus dans les résidus organiques de météorites primitives. Nous disposions de deux
échantillons de chondrites carbonées : Orgueil et Murchison. Ils ont été extraits de leurs
météorites hôtes par des traitements acides dont le but est de détruire les phases
silicatées. Cependant, ces traitements ne sont pas parfaits et certains minéraux
demeurent. C’est en étudiant des grains de silice contenus dans la matière organique
qu’il a été mis en évidence de grandes anomalies isotopiques (Aléon et al 2006). Ces
anomalies sont des indices sur les conditions physico-chimiques de la nébuleuse
protosolaire.
Nos échantillons ont été étudiés aux microscopes électroniques à balayage et à
transmission. Grâce à des analyses qualitatives et quantitatives, nous avons pu
déterminer diverses populations de grains attendues ou non. Après avoir répertoriés ces
grains, nous avons étudié en détail leur minéralogie afin de déterminer une éventuelle
présence d’éléments traces.
Ces analyses nous ont permis d’orienter notre étude sur certains grains tels que
les corindons, les oxydes réfractaires, les spinelles. Ces grains, formés par condensation,
donc dans la nébuleuse protosolaire, renferment des informations sur les conditions
géochimiques de cette nébuleuse.
Des grains, de part leur localisation ou de part leur minéralogie, présentaient les
mêmes caractéristiques que les composants de la météorite hôte : chondres, CAIs.
Cependant, certains semblaient différents. Certains devaient être des grains dispersés
dans la matrice, mais pour d’autres, nous pouvons supposer que des processus
d’altérations sont entrés en jeu. En effet, des grains présentaient des éléments mineurs.
L’enjeu est donc de déterminer à quels moments et quels processus sont intervenus mais
aussi quels ont été leur impact sur la minéralogie de nos échantillons.
During this training period, we chose to study the mineralogy of minerals included
in the organic residues of meteorites primitives. We had two carbonaceous chondrite
samples: Orgueil and Murchison. They were extracted from their meteorites hosts by acid
treatments which goal is to destroy the silicated phases. However, these treatments are
not perfect and certain minerals remain. It’s by studying silica grains contained in the
organic matter that it was highlighted great isotopic anomalies (Aléon et al, 2006). These
anomalies are indices on the physico-chemical conditions in the nebula protosolar.
These samples were studied under the backscattered electron microscope and the
transmission electron microscope. Thanks to qualitative and quantitative analyzes, we
could determine various populations of grains awaited or not. After indexed these grains,
we studied in detail their mineralogy in order to determine a possible presence of
element traces.
These analyzes enabled us to direct our study on certain grains such as
corundums, the refractory oxides, the spinels. These grains, formed by condensation,
therefore in nebula protosolar, contain information on the geochemical conditions in this
nebula.
Some grains, because of their localization or because of their mineralogy, showed
the same characteristics as the components of the meteorite host: chondrules, CAIs.
However, some seemed different. For some, they might be grains dispersed in the
matrix, but for others, we can suppose processes of deteriorations. Some grains
presented minor elements. The goal is to determine at which moments and which
processes intervened but also which were their impact on the mineralogy of our samples.

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II. Introduction
Cela fait près de 400 ans que les hommes essayent de comprendre la formation
du Système Solaire. De nombreuses théories ont été proposées, mais l’exploration
spatiale et la collecte d’échantillons les ont fait évoluer. Les grandes lignes de la
formation du Système Solaire semblent aujourd’hui comprises malgré quelques points
obscurs. L’un de ce problème est la formation et la composition des premiers grains….
Dans un premier temps, nous présenterons le laboratoire d’accueil. Puis, nous
détaillerons notre sujet ainsi que la démarche que nous avons suivi. Ensuite, nous
tenterons d’interpréter nos résultats.
III. Présentation du laboratoire
Mon stage de Master seconde année s’est déroulé au Centre de Spectrométrie
Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), au sein de l’équipe d’Astrophysique du
Solide, sur le campus de l’Université d’Orsay.
Le CSNSM est une unité mixte de recherche dépendante de l’Institut National de
Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3), du CNRS et de l’Université
Paris Sud. Nous y dénombrons 34 chercheurs, 4 enseignants, 12 doctorants et 5
services techniques avec 42 techniciens, administratifs et ingénieurs. Parmi ces services
techniques, nous pouvons citer les pôles Microélectronique et SEMIRAMIS. Ce
dernier, compétent dans la création et la manipulation des faisceaux d’ions, est en
charge des accélérateurs IRMA et ARAMIS.
Ce laboratoire, basé sur la pluridisciplinarité, se divise en six équipes ayant
chacune un thème de recherche précis. Nous comptons ainsi, le groupe Physique du
Noyau étudiant la structure du noyau et les interactions fondamentales ; Physique du
Solide 1 s’intéressant aux transformations structurales causées par un bombardement
ionique avec comme application le stockage des déchets radioactifs ; Physique du
Solide 2 concernant l’étude de nanostructures; Physique des détecteurs chargée de
développement notamment pour les groupes de physique du noyau et physique des
solides ; Astrophysique Nucléaire qui étudie les sources de rayonnement γ telles que
les explosions de novae, le rayonnement cosmique et les éruptions solaires ; et pour
finir, l’équipe Astrophysique du Solide.
L’unité Astrophysique du Solide analyse les objets les plus primitifs du Système
Solaire : les micrométéorites (objets de taille submillimétrique) et les météorites. Pour se
faire, elle dispose de la plus importante collection mondiale de micrométéorites collectées
depuis 23 ans dans les neiges du Groenland et des régions côtières de l’Antarctique dans
un premier temps, puis dans les régions centrales de l’Antarctique et au Dôme Concordia
(Dôme C). L’étude de ces particules de poussières interplanétaires permet de mieux
comprendre, d’une part, leur rôle lors de la formation de l’atmosphère et des océans
terrestres mais aussi leur contribution à la chimie pré-biotique aboutissant à l’apparition
de la Vie.
Pour ces deux types d’objets, micrométéorites et météorites, le laboratoire
dispose d’une sonde ionique permettant des analyses chimiques et isotopiques des
phases minérales avec une grande performance. Ainsi, les données issues de ces objets
informent sur leur origine cométaire et/ou astéroïdale ainsi que sur les conditions de
formation et la composition primordiale du Système Solaire.
Mon stage s’est effectué sous la direction de Mr ALEON Jérôme. En qualité de
chargé de recherche CNRS, sa thématique de recherche est l’étude de la géochimie de la