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Évaporation et recondensation des volatils dans les planétésimaux

Les angrites sont des météorites qui proviennent d’astéroïdes représentant les premiers corps différenciés du Système Solaire. Ces météorites permettent ainsi de retracer les origines des planètes terrestres, en particulier la façon dont chaque planète a été appauvrie en éléments volatils par rapport au soleil. Dans une étude publiée ce 25 décembre dans la revue PNAS, une équipe de cosmochimistes de l’IPGP, ont analysé des quantités infimes de Rubidium, un métal volatil, dans des échantillons d’angrites et montre que leur composition est le résultat d’un processus d’évaporation complète, lorsque l’astéroïde était fondu au cours une phase dite d’océan de magma, puis d’une recondensation d’une fraction de ces éléments.

Évaporation et recondensation des volatils dans les planétésimaux

Date de publication : 25/12/2023

Presse, Recherche

Thèmes liés : Origines

Il a depuis longtemps été observé que le système solaire interne, qui comprend les planètes telluriques, mais aussi la Lune et la ceinture d’astéroïdes, présente une composition chimique appauvrie en éléments volatils par rapport à la composition moyenne du système solaire, mesurée grâce à l’analyse d’échantillons primitifs, comme les chondrites carbonées (CI) de type Ivuna, ou l’échantillon de Ryugu ramené par la mission Hayabusa 2.

Les récents développements de traceurs isotopiques suggèrent que cet appauvrissement serait lié à la perte par évaporation de ces éléments lors de la formation des premiers corps planétaires, les planétésimaux, qui se sont ensuite assemblés pour former des planètes comme la Terre.
Pour mieux comprendre ce processus, les scientifiques s’intéressent à un type de météorite bien particulier : les angrites. Ces météorites formées il y a plus de 4,5 milliards d’années, sont issus des planétésimaux les plus appauvris en volatils du système solaire et constituent ainsi des échantillons de choix pour l’étude de la formation des planètes rocheuses pauvres en volatils. Mais leur teneur exceptionnellement faible en volatils représente un défi analytique majeur que les développements instrumentaux et analytiques commencent juste à pouvoir relever.

Pour retracer l’histoire et les mécanismes de cet appauvrissement une équipe de cosmochimistes de l’IPGP a ainsi développé une nouvelle méthode pour analyser avec une très grande précision, grâce au spectromètre de masse à source plasma équipée d’une cellule de collision, les signatures isotopiques de deux éléments alcalins volatils, le potassium et le rubidium. Leurs résultats sont publiés dans deux études, dont la deuxième vient de paraître dans la revue Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).
Les échantillons analysés montrent que les angrites sont enrichies en isotopes légers du rubidium (Rb) et du potassieum (K). Si ce résultat est à l’opposé de ce qui était attendu et prédit par un modèle de perte par évaporation, les chercheurs proposent que cet enrichissement en isotopes légers reflète un phénomène de recondensation d’une fraction des volatils suite à une évaporation totale; la cinétique de la réaction privilégiant les isotopes les plus légers.

Ces données indiquent donc que ces planétésimaux primordiaux auraient bien perdu tous leurs volatils par évaporation lors de leur formation, a priori lors d’une phase d’océan magmatique, mais ‘une infime fraction de cette vapeur se serait ensuite recondensée, ouvrant la voie à de nouvelles interprétations de la distribution des éléments volatils au cours des processus de formation planétaire.

 

Bibliographie :

  • Rubidium isotopic compositions of angrites controlled by extensive evaporation and partial recondensation, Baoliang Wang, Frederic Moynier, and Yan Hu, PNAS, Vol. 121, 2024. https://doi.org/10.1073/pnas.2311402121
  • Hu, Y., Moynier, F. & Bizzarro, M. Potassium isotope heterogeneity in the early Solar System controlled by extensive evaporation and partial recondensation. Nat Commun 13, 7669 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35362-7
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