Origine et évolution de la composition des gaz rares terrestres.

Résumé Les chondrites ont pu transmettre leur composition à la Terre lors de l’accrétion. Afin d’étudier cette signature, des chondrites à enstatite peu métamorphisées ont été analysées au cours de cette thèse. Leur composition en gaz rares lourds est dominée par la phase Q à l’image des autres classes de chondrites. Au contraire, la signature en néon (Ne) semble varier d’une classe à l’autre, cette variabilité ne permet pas pour autant de contraindre la nature des corps parents de la Terre car plusieurs classes apparaissent dominées par la composante solaire que l’on retrouve dans les échantillons du manteau (ex : Moreira et al. 1998). Ces traces de composition chondritique ne sont visibles que dans les sources de CO2 pour le Kr et le Xe (Holland et al. 2009 ; Caracausi et al. 2016), car leur signature est atmosphérique dans les MORBs et les OIBs (ex: Kunz et al. 1998). C’est pourquoi leur signature primordiale aurait pu être dissimulée par la contamination soit post-éruptive des échantillons au contact de l’air, soit pré-éruptive par la subduction des gaz rares au sein du manteau. Afin d’étudier la première possibilité, des protocoles expérimentaux ont été mis en place afin de réduire la contamination des MORBs. Les résultats de ces protocoles sont mitigés car un contaminant supplémentaire a été introduit lors de la préparation des échantillons. De plus, la détection d’air lors des mesures met en doute le succès des protocoles. Cela peut-être dû soit à l’inaccessibilité de l’air piégé dans les vésicules soit au manque d’efficacité du protocole utilisé, qui est limitée par la structure de l’échantillon. Quant à la seconde possibilité, elle a été testée en élaborant un modèle numérique afin de reproduire l’évolution de la composition en Ar et Xe du manteau et de l’atmosphère terrestres en intégrant les processus de subduction et de perte par distillation du Xe atmosphérique aux processus habituels. La subduction semble être un processus viable puisque la composition observée actuellement a pu être reproduite en partant d’une composition chondritique. Même si l’âge d’initiation de ce processus n’a pas pu être contraint, le modèle a permis de confirmer que les gaz rares lourds étaient préférentiellement subductés. En conclusion, la composition actuelle terrestre des gaz rares lourds peut être expliquée par la contamination pré- ou post-éruptive des échantillons. Néanmoins, trop peu d’éléments sont disponibles pour le moment afin de trancher en faveur de l’un de ces mécanismes. Abstract The primordial composition of the Earth could have been inherited from its parent bodies. In order to study this potential composition, unmetamorphosed enstatite chondrites have been analyzed during this thesis. Their signature is similar to other chondritic classes for heavy noble gases but appears variable for Ne from one class to another. Nevertheless, this variability cannot help constrain the nature of Earth’s parent bodies as several classes could explain the solar-like signature measured in mantle samples (e.g. Moreira et al. 1998). Traces of this chondritic signature are only visible in CO2 well gases for Kr and Xe (Holland et al. 2009 ; Caracausi et al. 2016), whereas heavy noble gases display atmospheric signatures in MORBs and OIBs (e.g. Kunz et al. 1998). Thus, this primordial signature could have been hidden by contamination of samples either post-eruptive when they are put in contact with air, or pre-eruptive by subduction of noble gases in the mantle. To study the first possibility, experimental protocols have been designed to reduce MORBs contamination. Results are difficult to interpret as another contaminant has been introduced during sample preparation. However, air has been detected during the measurements, which tends to prove that the protocols did not work. This could be due either to the inaccessibility of vesicles where air is trapped, or to the limited efficiency of the protocols due to the sample structure. To study the second possibility, a modeling, taking into account the subduction as well as the loss by distillation of atmospheric Xe, has been elaborated to reproduce the composition in Ar and Xe of terrestrial mantle and atmosphere. The signature observed today in these reservoirs can be reproduced starting with a chondritic composition. Even if the age of subduction initiation could not be constrained, the modeling confirmed that heavy noble gases were preferentially subducted. In conclusion, the present terrestrial composition of heavy noble gases could be explained by pre- or post-eruptive contamination. Nonetheless, none of these processes can be favored for the moment.