Nouvelles contraintes sur les modéles d’origne et d’évolution des gaz rares dans le manteau terrestre

devant le jury: P. BURNARD ....................... Rapporteur F. GUYOT ......................... Examinateur M. KURZ .......................... Examinateur M. MOREIRA ....................... Directeur de thèse P. SARDA ......................... Rapporteur Résumé: La géochimie des gaz rares est l'outil idéal pour étudier la formation et l'évolution de l'atmosphère terrestre. Éléments traces, inertes chimiquement, les gaz rares sont de parfaits traceurs de sources. Chaque gaz rare possède des isotopes non radiogéniques, et d'autres qui sont radiogéniques, nucléogéniques ou fissiogéniques, ce qui permet de travailler sur des contraintes temporelles. Leurs analyses systématiques ont déjà permis d'établir une chronologie de la formation de l'atmosphère par dégazage du manteau. En revanche, les modèles d'incorporation des gaz rares dans le manteau terrestre lors de l'accrétion de la Terre restent encore discutés. Certains rapports des isotopes non radiogéniques (20Ne/22Ne, 38Ar/36Ar) du manteau sont difficiles à mesurer dans les roches basaltiques, compte tenu de problèmes de contamination atmosphérique et sont donc mal quantifiés. Cette thèse a pour but d apporter de plus amples connaissances sur les valeurs de ces rapports isotopiques et de mieux comprendre les échanges entre l'atmosphère et le manteau. Dans une première partie, nous avons contraint le rapport 38Ar/36Ar dans l'ensemble du manteau terrestre et en avons conclu que les corps parents qui ont formé la Terre devaient déjà avoir acquis leurs signatures en gaz rares (au moins pour les cas du néon et de l'argon) par implantation du vent solaire avec fractionnement isotopique. Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés à l'origine du composant atmosphérique mesuré dans les basaltes océaniques et qui empêche d'avoir la mesure précise des rapports isotopiques des gaz mantelliques. En développant un système d'extraction par ablation laser nous avons réussi à obtenir les compositions élémentaires et isotopiques de l'hélium, du néon et de l'argon vésicule par vésicule, de deux échantillons représentatifs du manteau supérieur dégazé et du manteau inférieur moins dégazé. Toutes les vésicules détectées présentent un signal purement mantellique, indiquant que le composant atmosphérique est une contamination de surface et est incorporé dans l'échantillon lors de la remontée en surface. Abstract: Noble gases are used to study the origin and evolution of the Earth's atmosphere. They are trace elements and ideal tracers since chemically inert. Systematic analyses of all noble gases have already been used to establish a chronology of the formation of the Earth atmosphere by mantle degassing. However, models of noble gases incorporation in the mantle at earth accretion time are still discussed. Because of atmospheric contamination, some mantle isotopic ratios of non-radiogenic noble gases (20Ne/22Ne, 38Ar/36Ar) are difficult to determine. The aim of this study is to bring further knowledge of the values of these isotopic ratios and a better understanding of the exchanges between the atmosphere and the mantle. First, we constrain the ratio 38Ar/36Ar within the whole earth mantle and we conclude that the parent bodies which participated to the earth creation should have acquire their noble gases signatures (at least in the cases of neon and argon) by solar wind implantation with isotopic fractionation. In a second part, we focused on the origin of the atmospheric component in the oceanic basalts. By developing a new extraction system using laser ablation method, we succeed to measure the elementary and isotopic compositions of He, Ne, and Ar, vesicle by vesicle, from two samples representatives of the upper degassed mantle and lower less-degassed mantle. All the targeted vesicles present a purely mantellic signal, showing that the atmospheric component comes from a surface contamination and is incorporated within the sample during the ascension to the surface. Although, the mechanism of incorporation is not yet understood.