Thèse de Margot Debruycker

L’origine du soufre et des autres éléments volatils sur Terre

Comprendre l’origine des planètes telluriques est un aspect fondamental des sciences planétaires. L’origine et le moment de l’apport des éléments volatils sur Terre restent débattus. Une fraction substantielle des volatils de la Terre pourrait avoir été apportée durant la phase principale d’accrétion planétaire. Ils auraient été transportés par les corps parents de la Terre et n’auraient jamais quitté la planète. Alternativement, les volatils pourraient avoir été livrés tardivement au cours de la formation d’une proto-Terre sèche. La provenance des volatils terrestres est une autre question ouverte. Certains suggèrent que les volatils proviennent de corps parents du système solaire interne. D’autres invoquent du matériel riche en volatils provenant du système solaire externe : des astéroïdes du système solaire externe auraient pu être projetés vers le disque interne et contribuer à l’accrétion de la Terre.
Le soufre est un élément volatil, avec une température de condensation similaire à celle du sélénium et du zinc. Contraindre l’origine du soufre sur Terre peut aider à clarifier les scénarios d’origine des volatils. Par exemple, en se basant sur sa concentration dans le manteau, le budget du soufre terrestre a été lié à un apport tardif des chondrites CM riches en volatils. Cependant, la composition isotopique du soufre dans les chondrites CM montre des anomalies isotopiques indépendantes de la masse, qui ne sont pas cohérentes avec la composition terrestre. Ces anomalies remettent en question les scénarios impliquant les chondrites CM comme contributeur majeur de l’inventaire des volatils terrestres.

La composition isotopique du soufre dans d’autres chondrites carbonées est inconnue. Cette thèse déterminera la composition isotopique du soufre dans toutes les classes de chondrites et établira les isotopes du soufre comme un indicateur de la provenance des volatils, afin de démêler les scénarios d’accrétion des volatils. L’objectif est de contraindre la composition isotopique du soufre dans les chondrites et de la comparer aux roches du manteau terrestre. Une correspondance ou une discordance avec divers groupes de chondrites permettra de déterminer l’origine du soufre sur notre planète. De plus, ce travail contraindra le contexte astrophysique des régions de formation des chondrites. Les anomalies isotopiques du soufre sont uniques en cosmochimie car elles tracent la photochimie dans le système solaire primitif. L’observation d’anomalies dans les chondrites CM montre que leurs régions de formation ont subi une irradiation UV. Grâce à cette thèse, la détermination des anomalies isotopiques du soufre dans toutes les classes de chondrites sera importante non seulement pour déterminer l’origine du soufre sur Terre, mais aussi pour établir une carte d’irradiation du disque protoplanétaire.
Durant ce doctorat, je caractériserai les compositions isotopiques du soufre dans les chondrites non-carbonées et carbonées. Tout d’abord, diverses chondrites ordinaires et à enstatite seront mesurées. Les chondrites de types L, LL et H, ainsi que les types EH et EL, seront caractérisées pour leurs compositions isotopiques du soufre. Un protocole sera développé pour améliorer les statistiques de comptage sur un spectromètre de masse à source gazeuse déjà présent sur le campus. Cela permettra de fournir des données isotopiques de nouvelle génération pour les chondrites non-carbonées. Ensuite, je caractériserai un large éventail de chondrites carbonées. En se basant sur des travaux précédents, nous anticipons que le soufre se trouvera dans divers porteurs, y compris des phases inorganiques oxydées ainsi que dans des molécules organiques. Un protocole sera établi pour extraire séquentiellement les phases contenant du soufre pour une analyse isotopique. Ce travail déterminera si les anomalies massives des isotopes du soufre observées dans les chondrites CM sont systématiquement présentes dans d’autres chondrites carbonées. Les météorites des types CR, CV, CK et CI seront investiguées. Finalement, ce travail déterminera si les anomalies isotopiques du soufre sont étroitement associées aux météorites provenant du système solaire externe. Ce travail établira un modèle totalement cohérent combinant le soufre avec les données publiées sur d’autres volatils pour contraindre l’origine des volatils sur Terre.
Ce travail combinera des mesures isotopiques de soufre de haute précision avec des questions cosmochimiques. Il sera entièrement réalisé à l’IPGP, sous la supervision de Jabrane Labidi et Frédéric Moynier. Jabrane Labidi a co-encadré des thèses sur la fractionnement isotopique à haute température. Frédéric Moynier a encadré plusieurs thèses traitant d’autres éléments volatils (par exemple, Zn, Cu, Sn).