Érosion collisionnelle au cours de l’accrétion et origine des compositions non chondritiques de la Terre

** English below ** Ce travail de thèse a pour but d’étudier la dernière phase de formation planétaire (entre 1-3 Myr et 200 Myr après la condensation des premiers solides dans le disque proto-planétaire). Cette thèse se veut pluri-disciplinaire, à l’interface entre les géosciences et les sciences planétaires. Elle doit notamment apporter des contraintes sur les processus dynamiques de formation planétaire en étudiant leurs e?ets sur la composition chimique ?nale des corps telluriques. Il existe di?érents processus de fractionnement chimique pouvant se produire au cours de l’accrétion planétaire : la di?érenciation et la dévolatilisation sont deux processus fréquemment invoqués et étudiés. Toutefois, les impacts successifs subis par les embryons pendant leur croissance pourraient également a?ecter de façon non négligeable leur chimie globale par érosion préférentielle de couches de compositions distinctes dans un corps différencié. Cette thèse présente deux axes di?érents : (1) l’érosion préférentielle de croûte par rapport au manteau et (2) l’érosion préférentielle de manteau par rapport au noyau. Nous avons dans un premier temps développé un modèle d’érosion, EROD, qui, par un couplage entre des lois analytiques des processus de cratérisation, de calculs de bilans de masse géochimiques et d’un traitement de simulations numériques d’accrétio, permet d’étudier l’évolution au cours du temps de la composition chimique de la Terre silicatée pendant l’assemblage de la Terre. L’évolution des compositions est testée pour une large gamme d’éléments chimiques. Dans un second temps, des simulations hydrodynamiques de type SPH d’impacts géants sont réalisées a?n de quanti?er les transferts de masse au cours de ces événements. Un couplage avec des simulations numériques d’accrétion est également e?ectué. Nous montrons que l’érosion collisionnelle peut être responsable d’une composition non-chondritique de la Terre silicatée, notamment en éléments lithophiles et réfractaires. Les éléments les plus incompatibles (a?nité pour les phases liquides lors de processus de fusion) sont les plus appauvris dans la Terre silicatée en réponse à l’érosion avec une perte pouvant atteindre 40% pour les éléments producteurs de chaleur terrestre. Dans ce cas, les modèles de composition de la Terre silicatée doivent être revus. En?n, nous montrons également que le rapport Fe/Mg super-chondritique de la Terre peut être expliqué par érosion préférentielle de manteau par rapport au noyau lors des impacts géants successifs subits par la proto-Terre en croissance. ** english ** This thesis aim to study the last stage of planetary formation (between 1-3 Myr and 200 Myr after the condensation of the first solids into the proto-planetary disk). It is a multidisciplinary research project at the interface between geosciences and planetary sciences. Notably, it aims to bring new constrains on the discrimination between the concurrent dynamical scenarios of accretion that are proposed today by addind a new physical argument. This argument may be the geochemical composition of terrestrial bodies, notably the Earth. Different fractionating processes occur during planetary accretion. Among them, the differentiation and the devolatilization are often invoked. However, planets are formed in a hot and violent environment. Successive impacts on growing embryos may preferentially strip away distinct layers of a differentiated body and induce some measurable fractionation. In that context, the thesis presents two distinct research axes : (1) crustal stripping and (2) mantle stripping. Concerning the crustal stripping, we have first developed a tool (EROD) that evaluate/quantifies the evolution in time during accretion of the chemical composition of the Bulk Silicate Earth (BSE). This is done by coupling semi-analytical laws for craterization processes, mass balance for the BSE composition and dynamical accretion histories with records of collisions extracted from N-body numerical simulations. The evolution of composition has been tested over a wide range of chemical elements. We show that collisional erosion may be responsible for a non-chondritic BSE composition, especially for the refractory and lithophile elements (RLEs). That is at odds with the current BSE composition models based on the assumption that RLEs in the BSE are in chondritic relative proportions. In that case, BSE models may need to be revised. Concerning the mantle stripping, SPH numerical simulations have been performed. The results are used to build a model for quantifying the mass transfer between accreted and eroded material for a given impact. That model is used for a coupling to the dynamical history of growing bodies with the treatment of collisions record from N-body simulations. We find that about 20% of mantle may be preferentially lost. In that case the Fe/Mg of the Bulk Earth may be explained by mantle stripping within the assumption that Earth parent bodies are carbonaceous chondrites.