Chronologie du Système Solaire précoce: approche par le système
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Département des Géosciences, Environnement et Société (DGES) Laboratoire G-Time Ecole Doctorale UNITER Chronologie du Système Solaire précoce: approche par le système isotopique de l’26Al-26Mg sur des achondrites différenciées. Thèse présentée en vue de l'obtention du titre de Docteur en Sciences par Geneviève Hublet Septembre 2015 Directrice de thèse: Vinciane Debaille Jury : Guylaine Quitté Jacqueline Vander Auwera Alain Bernard Nadine Mattielli Sommaire Sommaire ............................................................................................................ i Remerciement .................................................................................................... v Introduction générale ......................................................................................... 1 1. Classification des météorites ....................................................................... 5 2. Le système de l’26Al-26Mg ......................................................................... 18 2.1. Le fractionnement naturel du Mg ...................................................... 20 2.2. Méthode de datation par le système 26Al-26Mg ................................. 27 2.2.1. Mise en évidence des excès de 26Mg .......................................... 29 2.2.2. Calcul des âges relatifs et absolus .............................................. 30 2.2.3. Les valeurs d’ancrage ................................................................. 34 3. Conclusion ................................................................................................. 36 Chapitre 1: Méthodes analytiques................................................................... 39 1. Le système de l'26Al-26Mg ......................................................................... 41 1.1. Préparation et dissolution des échantillons........................................ 42 1.2. Séparation de l’Al et du Mg............................................................... 45 1.3. Mesure des rapports isotopiques du Mg ............................................ 49 1.4. Mesure des rapports isotopiques de l’27Al/24Mg ............................... 53 1.5. Traitement des données ..................................................................... 55 i 2. Les rapports isotopiques de l’O, Fe et Zn ................................................. 57 3. Résultats des analyses isotopiques ............................................................ 60 Chapitre 2 : L’astéroïde (4) Vesta et la série des HED ................................. 65 1. Introduction ............................................................................................... 67 2. La série des HED et Vesta ......................................................................... 69 2.1. Minéralogie et pétrologie des HED ................................................... 72 2.2. Pétrogenèse des HED......................................................................... 76 2.3. Cas particulier : Asuka (A-)881394................................................... 83 3. Description des échantillons ...................................................................... 85 4. Résultats et discussion ............................................................................... 87 Chapitre 3: Les uréilites ................................................................................. 133 1. Introduction ............................................................................................. 135 1.1. Pétrologie et géochimie des uréilites ............................................... 137 1.2. Formation des uréilites .................................................................... 140 2. Datation des uréilites par le système 26Al-26Mg ...................................... 146 2.1. Résultats ........................................................................................... 148 2.2. Apport du système isotopique de l’26Al-26Mg ................................. 148 3. Les rapports isotopiques du Zn, Fe et O.................................................. 151 3.1. Résultats ........................................................................................... 159 ii 3.2. Apport des rapports isotopiques de l'O, du Zn, du Fe et du Mg...... 160 3.2.1. Les isotopes du Zn et la destruction de l'UPB .......................... 160 3.2.2. Les isotopes de l’oxygène et le processus de smelting............. 162 4. L'âge modèle des uréilites et la différenciation de l'UPB ....................... 164 5. Résultats et discussion ............................................................................. 167 Chapitre 4 : Les komatiites ............................................................................ 207 1. Description des coulées de lave............................................................... 211 1.1. Fred’s Flow ...................................................................................... 211 1.2. Theo’s Flow ..................................................................................... 212 2. Résultats de Mg dans les komatiites........................................................ 213 3. Discussion préliminaire ........................................................................... 215 4. Discussion ................................................................................................ 221 Conclusion........................................................................................................ 255 Références ........................................................................................................ 263 Annexe 1 ........................................................................................................... 285 Annexe 2 ........................................................................................................... 291 iii Summary Over the past few years, increasingly sophisticated analytical techniques in mass spectrometry have allowed for the development of short-lived isotopic geochronometers such as the 26Al-26Mg system (τ1/2 = 0.73 Ma). The main goal of this PhD thesis was the development of the 26Al-26Mg isotopic system at Laboratoire G-Time (ULB) to obtain high resolution dating of planetary differentiation. The first part of this PhD thesis explores methods of Mg chemical purification and mass spectrometry measurement techniques (using Nu-plasma and Neptune MC-ICP-MS) used for Mg ratio analyses. The second part is dedicated to the application of this isotopic system to the dating of meteorites. Precise ages are obtained and show that the high resolution 26Al26 Mg geo-chronometer is a tool for dating early solar system history. Howardite-eucrite-diogenite (HED) are an igneous meteorite series well known to originate from asteroid Vesta. Dating these meteorites with 26Al-26Mg gives us information about the formation and the evolution of Vesta during the first millions years (Ma) of our solar system. Whole rock and internal isochrons have been obtained on eucrite (basaltic and cumulate) and diogenites. Model age was also obtained to evaluate the differentiation time of Vesta, of 2.8 ± 0.4 Ma after the solar system formation. Ureilites are ultramafic achondrites known to come from a parent body (UPB) that was completely destroyed early in solar system history. Dating these achondrites would have given us information about the early evolution of a parent body no longer extant. In opposition to HED, no isochron (whole rock or internal) was obtained. Model age estimate the UPB differentiation at 0.8 ± 0.5 Ma after the solar system formation. Some additional isotope ratios (∆17O, δ25Mg, δ56Fe, δ66Zn) were analyzed to provide a better understanding of this complex group of meteorite. This thesis demonstrates that the 26Al-26Mg isotopic system is a useful geochronometer for very ancient meteorites in order to understand the early geological processes that occurred during planetary differentiation. Résumé Depuis plusieurs années, les techniques d'analyse en spectrométrie ont été de plus en plus perfectionnées permettant le développement de géo-chronomètre de courte durée de vie (τ1/2) telle que le système de l'26Al-26 Mg (τ1/2 = 0,73 Ma). Cette thèse avait comme objectif de développer le système de l'26Al-26 Mg au laboratoire G-Time (ULB) afin de l’utiliser pour dater de manière précise des événements de différentiation planétaire. La première partie de cette thèse est donc dédiée au développement de la méthode de purification chimique et des techniques d'analyse de spectromètre de masse (MC-ICP-MS Nu-plasma et Neptune) nécessaires à l'analyse des rapports isotopiques du Mg. La seconde partie est dédiée à l'application de ce système isotopique sur des échantillons de météorites, démontrant la performance de ce géo-chronomètre comme outil pour la datation du système solaire précoce. Les howardites-eucrites-diogénites (HED) sont une série de météorites ignées connues pour être issues de l'astéroïde Vesta. Les datations réalisées avec le système isotopique de l'26Al-26Mg ont permis d'apporter des informations concernant la formation et l'évolution de cet astéroïde durant les tous premiers millions d'année du système solaire. Des isochrones sur roches totales ainsi que sur minéraux séparés ont été réalisées sur les eucrites (basaltiques et cumulatives) et sur les diogénites, indiquant une séquence temporelle claire. Les eucrites basaltiques sont plus anciennes que les eucrites cumulatives, et les diogénites représentent le groupe le plus jeune provenant de Vesta. Un âge modèle a également été déterminé, estimant la différenciation de Vesta à 2,8 ± 0,4 Ma après la formation du système solaire. Les uréilites sont des achondrites ultramafiques considérées comme issue d'un corps parent qui a été détruit très tôt dans l'histoire du système solaire. Les datations obtenues sur ces météorites auraient dû permettre d'apporter des informations sur l'évolution précoce de cet objet qui aujourd'hui n'existe plus. Inversement aux HED, aucune isochrone (roches totales ou minéraux séparés) n'a pu être obtenue. Seul un âge modèle permet d'évaluer la différenciation du corps parent des uréilites à 0,8 ± 0,5 Ma après la formation du système solaire. D’autres systèmes isotopiques (∆17O, δ25Mg, δ56Fe, δ66Zn) ont également été utilisés pour essayer de mieux comprendre la complexité de ce groupe de météorites.
