Les météorites D'où viennent-elles et Quel âge ont-elles ? 29/01/2017
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Les météorites
D’où viennent-elles
et
Quel âge ont-elles ?
29/01/2017 1
• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 2
Les météorites • Corps solide naturel d'un système planétaire • qui en traversant l'atmosphère d'un autre corps n'a pas perdu toute sa masse et qui atteint la surface de la Terre ou d'un autre astre (planète, exoplanète, satellite naturel, astéroïde) • sans être complètement volatilisé lors de l'impact avec cette surface 29/01/2017 Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9t%C3%A9orite 3
Origine des météorites
• Majorité de petits corps célestes du
Système solaire appelés météoroïdes
• 99,4 % = fragments d'astéroïdes,
• qqes centaines = origine lunaire ou martienne,
• Plus rarement produites par l'impact de gros
astéroïdes.
• En 2016, il y a plus de 54 000 météorites
classifiées (nom officiel validé) par la
Meteoritical Society.
• Ce nombre augmente d’environ 1 500 chaque
année
29/01/2017 Ref : http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/dico/d/univers-meteorite-872/ 4météorites (exemple) • La Willamette = météorite de fer découverte en 1902 dans l'Oregon. • Masse : 14 150 Kg, (la 12e plus grosse connue). • Il n'y avait pas de cratère d'impact là où elle a été découverte. Les chercheurs croient qu'elle s'est écrasée là où est maintenant le Canada ou le Montana, et qu'elle fut transportée tel un bloc erratique jusqu'à la vallée de la Willamette pendant les inondations de Missoula vers la fin de l'ère glaciaire, il y a 13 000 ans 29/01/2017 Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Willamette_(m%C3%A9t%C3%A9orite) 5
Classification des météorites
• 10.000 tonnes sur terre par an.
• Pierreuses, métalliques et intermédiaires
– Pierreuses : chondrites et achondrites
• Chondrites : primitives, de la formation du système
solaire
• Chondres : sphérules (0,1- 10 mm), absentes des
roches terrestres
• Achondrites (sans chondres) : croute ou manteau d’un
astéroïde
– Métalliques : noyau métallique d’un astéroïde de
qq centaines de Km, fondu par la présence
d’éléments radioactifs
29/01/2017 Ref : http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/dico/d/univers-meteorite-872/ 6Origine des météorites
Crédits : Stephane Erard et Aurélie Le Bras (obspm.fr).
29/01/2017 Ref : http://www.astrosurf.com/luxorion/meteorites2.htm 7• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 8
Un élément
• On donne le nom d’élément
chimique à l’ensemble des entités
chimiques (atomes, isotopes ou
ions) caractérisées par le même
nombre Z de protons dans leur
noyau.
• Ions = Atomes avec charge
électrique
– Perte d’un ou plusieurs électrons = Cation
– Gain d’un ou plusieurs électrons = Anion
• Isotope = atome différant par le
nombre de neutrons
ref : http://www.sfen.org/Atomes-fission-fusion,8 http://fr.wikipedia.org/wiki/Noyau_atomique
29/01/2017 9
http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/avogadro-sa-constante -entre-mythe-et-réalitLe tableau périodique des éléments 29/01/2017 ref : http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique.php 10
Isotopes
• Équilibre
protons/neutrons
• Table détaillée
des isotopes :
– https://fr.wikipedi
a.org/wiki/Table_d
es_isotopes
Fig. 3: The stable and nearly-stable atomic nuclei, as a function of Z
(the number of protons) and N (the number of neutrons). Black dots
are stable nuclei; red dots represent nuclei that exist millions of years
or more before breaking apart; light-blue dots represent nuclei with
lifetimes shorter than a second. Note the stable and nearly-stable
nuclei form a narrow band for any Z. From Wikipedia.
ref : https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-structure-of-matter/the-nuclei-of-
29/01/2017 atoms-at-the-heart-of-matter/what-holds-nuclei-together/ 11Spectrométrie de masse
• Identification des molécules par leur masse
– injection en phase gazeuse de molécules
chargées (ions)
– Séparation par passage dans un aimant
puissant, en fonction de leur rapport
masse/charge (m/z)
– Détection par transformation des ions en signal
électrique
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_masse
29/01/2017 12La technique d’analyse : Spectrométrie
de masse
• Principe : dans le vide, ionisation et
passage dans un aimant séparation
selon la masse de l’ion (et sa charge)
29/01/2017 ref : http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/limites/Temps/datation-isotopique/comprendre/le-spectrometre-de-masse 13Spectrométrie de masse
• Préparation des échantillons :
– Directe
– Séparation chimique
– Séparation physique
– Bombardement, pyrolyse, etc..
• Performances :
– Précision : quelques ppm (10-6gr)
– Taille des échantillons : quelques
nano-grammes (10-6 gr)
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_masse
29/01/2017 14• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 15
Météorites lunaires
• De type achondrite
• Origine établie par comparaison avec les
échantillons ramenés par le programme Apollo
• Lors d’impacts, éjectas de morceaux de croute
lunaire
• Éjectées au cours des 20 derniers millions
d’année – la majorité depuis moins de 100.00 ans
– (mesurée par la mesure des gaz rares présent et
générés par les rayons cosmiques)
• Très rares (en 2008 – 50 chutes, 112 météorites)
29/01/2017 Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Météorite_lunaire 16Météorites martiennes
• SNC = Shergottites, Nakhlites et
Chassignites
– Shergottites : basaltes composés
essentiellement de pigeonite et
d'augite
– Nakhlites : achondrites riches en
augite (7 découvertes)
– Chassignites : achondrites très riches
en olivine.
• Très rare : 95 météorites identifiées
(2016)
Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Météorite_martienne
29/01/2017 http://www.imca.cc/mars/martian-meteorites.htm 17Météorites de Vesta
• Astéroïde de la ceinture
principale
– Diamètre : 530 km
– Perte 1% de masse par un
choc avec un autre astéroïde
< 1mia. années météorites
sur terre
• Eucrites (Achondrite) : même
signature lumineuse que
Vesta
Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/(4)_Vesta
29/01/2017 http://www.nasa.gov/mission_pages/dawn/ceresvesta/index.html 18
http://naturalhistory.si.edu/earth/text/5_4_2_2.html• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 19
Chondrites • Météorites de type pierreuses, parmi les plus primitives connues et les plus abondantes sur Terre (environ 86 %). • Nommées ainsi car elles contiennent des chondres, de minuscules billes en silicates de fer et de magnésium. • Entre celles-ci, elles renferment des grains de métal et des inclusions alumino- calciques (CAI). 29/01/2017 Ref : http://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/systeme-solaire-chondrite-4932/ 20
Chondres
• Petites billes,
• généralement de quelques
centaines de microns à
quelques millimètres,
• de composition globale
variée, noyés dans une
matrice formée lors de la
condensation de la Vue enlacoupe d'une météorite révélant des chondres,
météorite de Grassland (Alberta, USA).
nébuleuse solaire. L'inter-trait de l'échelle est millimétrique
29/01/2017 Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Chondre 21Inclusions alumino-calciques (CAI)
• Inclusions riches en
Calcium et en Aluminium,
• généralement de quelques
centaines de microns à
quelques millimètres,
• Premiers solides
condensés dans la Les points blancs sur la surface de
nébuleuse primitive Cette météorites sont des CAI
(inclusions alumino-calciques)
(1300°K)
29/01/2017 Ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Chondre 22Origine des Chondrules, CAI et Zircon
• Disque de la nébuleuse entourant le jeune
soleil.
29/01/2017 Ref : http://www.psrd.hawaii.edu/Sept02/isotopicAges.htm 23
http://astronomie.skyrock.com/tags/6JF6YdxvObl-Systeme-solaire_6.htmlOrigine des Chondrules, CAI et Zircon
• Disque de la nébuleuse entourant le jeune
soleil.
29/01/2017 Ref : http://www.emse.fr/~bouchardon/enseignement/processus-naturels/up1/web/wiki/MC%20- 24
%20Meteorites%20-%20Non%20differentiees%20Chondrites%20-%20BenFadhel-Cisse-Padet-Sautier-Turon.htm• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 25
Loi de désintégration radioactive
• Aléatoire : Il est impossible de prévoir
l'instant où va se produire la désintégration
d'un noyau radioactif
• Spontanée : La désintégration se produit
sans aucune intervention extérieure
• Inéluctable : Un noyau radioactif se
désintégrera tôt ou tard,
• Indépendante de la combinaison chimique
dont le noyau radioactif fait partie,
• Indépendante des paramètres extérieurs tels
que la pression ou la température
29/01/2017 ref : http://www.web-sciences.com/fichests/fiche5/fiche5.php 26
http://www.mescours.info/physique-Decroissance_radioactive-32.xhtmlLoi de désintégration radioactive
• Noyaux à l’origine N, au temps
d(t) => d(N) d (N )
= −λd (t )
N
• Intégration
− λt
N = N 0e
• Demi-vie N (t + t1 / 2) =
Nt
2
ln(2) 0,69
t1 / 2 = ≈ = 0,69τ
λ λ
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Décroissance_exponentielle
29/01/2017 27
http://www.mescours.info/physique-Decroissance_radioactive-32.xhtmlChoix du radio chronomètre
• la datation n'est valide que si l'on
mesure des durées allant du
centième à dix fois la période de
l'isotope choisi (T/100 et 10T) : pour
dater des événements récents on
utilise des radio chronomètres à
faible T et vice versa
ref : http://www.web-sciences.com/fichests/fiche5/fiche5.php
29/01/2017 28Quelques isotopes radioactifs
Périodes radioactives de quelques radioéléments naturels
Numéro Abondance Période Rayonnement
Radioisotope Notation atomiqueZ relative radioactive émis f−1 Produit ( * = radioactif)
Rubidium 87 87Rb 37 27,835 % 47 x 109 a β− 87Sr
Rhénium 187 187Re 75 62,6 % 43,5 x 109 a α, β− 183Ta, 187Os
Lutécium 176 176Lu 71 2,59 % 37,8 x 109 a β− 176Hf
Thorium 232 232Th 90 100 % 14,05 x 109 a α 228Ra *
Uranium 238 238U 92 99,28 % 4,5 x 109 a α 234Th *
Potassium 40 40K 19 0,01167 % 1,277 x 109 a β+, β− 40Ar, 40Ca
Uranium 235 235U 92 0,718 % 703,8 x 106 a α 231Th *
Uranium 234 234U 92 0,0056 % 245,5 x 10³ a α 230Th *
Carbone 14 14C 6 traces 5730 a β− 14N
Radium 226 226Ra 88 traces, 100 % 1602 a α 222Rn *
Actinium 227 227Ac 89 traces, 100 % 21,773 a β−, α 227Th *, 223Fr *
Polonium 210 210Po 84 traces 138,376 j α 206Pb
Thorium 234 234Th 90 traces 24,1 j β 233Pa *
Radon 222 222Rn 86 traces, 100 % 3,824 j α 218Po *
Radon 220 220Rn 86 traces 54,5 s α 216Po *
Polonium 216 216Po 84 traces 0,158 s α 212Pb *
Polonium 215 215Po 84 traces 1,83 ms α 211Tl *
Polonium 212 212Po 84 traces 0,29 µs α 208Pb
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ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_de_la_radioactivité• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 30
Zircon
• Formule : ZrSiO4
• Importance du Zircon :
– Pierre précieuse de formule ZrSiO4
– Présent dans les roches
magmatiques à l’origine de la terre
ref : http://www.meteoritestudies.com/protected_dating.htm
29/01/2017 31Zircon
• Contient Uranium et Thorium (quelques
ppm)
• À la cristallisation, insoluble pour le
plomb
• pas de Pb à l’origine !
• tout le Pb mesuré provient de la
désintégration du Th et U
ref : http://www.meteoritestudies.com/protected_dating.htm
29/01/2017 32Le Thorium (2)
– Faiblement radioactif (14,05 109
ans)
– 4 fois plus abondant que U
– Désintégration en 208Pb
– Départ d’un cycle de
combustible nucléaire
• nombreux avantages théoriques par
rapport à un cycle à l'uranium
ref : https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-14
29/01/2017 33L’Uranium
• 3 isotopes à l’état naturel (26) :
– 238U 235U 234U
• Dans une tonne :
– 235U = 2,5 kg & 234U = 56 gr
– 238U = 997kg
• Demi-vies :
– 235U = 703,8×106 ans (fissile !)
– 234U = 245 000 ans
– 238U = 4,4688×109 ans
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Isotopes_de_l%27uranium
29/01/2017 34Chaines de désintégration
• 238U 206Pb
• 235U 207Pb
• 232Th 208Pb
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Isotopes_de_l%27uranium
29/01/2017 35Datation par le Pb-PB
• 3 isotopes radiogéniques
stables du Pb résultant de
la désintégration U & Th :
– 206Pb, 207Pb & 208Pb
– 204Pb = non radiogénique
ref : https://fr.wikipedia.org/wiki/Isotopes_de_l%27uranium
29/01/2017 362. Ages isochrones Pb/Pb
Datation Pb-Pb : diagramme 207Pb/204Pb vs 206Pb/204Pb
µ=238U/204Pb
Utilisée uniquement sur Fds et Galènes : CI Pb fixe en fonction du temps
ref : Radiochronologie et géochimie isotopique (2/2) Publié par Everard Laporte,
http://slideplayer.fr/slide/90876/ 37• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 38
Datation météorite «Allende» • Tombée en 1969 au Mexique • Chondrites carbonées • Témoin des débuts du système solaire • 2 tonnes débris sur 100 Km2 29/01/2017 ref : http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/limites/Temps/datation-isotopique/enseigner/les-meteorites-temoins-de-la-formation-du-systeme-solaire 39
Météorite Allende
• Âge : 4,566 Ga +/- 0,001 Ga
29/01/2017 ref : http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/limites/Temps/datation-isotopique/enseigner/les-meteorites-temoins-de-la-formation-du-systeme-solaire
40• Introduction • Méthodes de mesure et de datation • Météorites d’astéroïdes et comètes • Météorites Chondrites • Chronomètres cosmiques • Datation par le Pb • Météorites primitives • Identification de l’origine 29/01/2017 41
Origine grâce à l’oxygène
• Isotopes : 16O, 17O et 18O
–Système solaire :
• 1 atome/500 = 17O
• 1 atome/2000= 18O
• Sur terre :
• Dans les chondrules
et CAI
ref : http://www.web-sciences.com/fichests/fiche5/fiche5.php
29/01/2017 42Origine grâce à l’Hydrogène
• Isotopes : 1H ou 2H (Deuterium)
• Origine de l’eau sur terre
– Astéroïdes ou comètes ?
ref : http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/rosetta-earths-water-not-from-comets-120920141/ 43
29/01/2017Origine grâce à l’Azote
• Isotopes : 14N ou 15N dans les
molécules organiques interstellaires
ref : http://inspirehep.net/record/1221192/plots 44
29/01/2017Des questions ? 29/01/2017 ref : http://i.huffpost.com/gen/996755/images/o-METEORITE-DETOURNEMENT-facebook.jpg 45
Récolte de météorites à la maison ! 29/01/2017 46
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