Étude chimique et isotopique des alliages métalliques dans les météorites primitives

Abstract

Les chondrites non équilibrées sont des objets formés au début de la formation du système solaire et n’ont été que peu, ou pas, modifiés après leurs formations. L’étude de ce groupe peut nous renseigner sur les conditions physico-chimiques d’évolution des matériaux primitifs du système solaire. Cette étude consiste à développer une méthode analytique pour mesurer l’abondance des éléments en trace dans les deux phases adjacentes constituant les grains de métal dans des chondrites par l’utilisation de la NanoSIMS. La quantification des concentrations des éléments sidérophiles mineurs et en trace (Ni, Co, Cu, Pt, Ir, W, Rh, Au) dans la kamacite et la taenite des grains de Fe-Ni de Krymka (type LL3.2) et de Bremervörde (type H/L3.9) nous permettent au premier lieu de comprendre les processus responsables de la formation des ces grains de métal FeNi dans le système solaire. L’étude de la distribution des éléments en trace entre kamacite et taenite montre un état d’équilibre chimique atteint entre les deux phases dans tous les grains. Les diagrammes des rapports élémentaires [Élément]/[Ni] dans la kamacite et la taenite ont permis de contraindre la température de métamorphisme de Krymka d’environ 446± 9°C et celle de Bremervörde de l’ordre de 595±30°C. Le coefficient de partage des éléments entre les deux phases est vraisemblablement gouverné par la taille du rayon ionique de l’état d’oxydation principale des éléments. En se basant sur la température de métamorphisme et sur le coefficient de diffusion du Ni dans le métal Fe-Ni, nous avons estimé le taux de refroidissement du corps parent de ces deux chondrites dans l’intervalle de 0.5-1K/Ma.

Unequilibrated chondrites are objects formed early in the solar system and were only slightly altered after their formation. The study of this group informs us about the physical and chemical conditions of evolution of primitive materials in the solar system. In this study, we developed an analytical method for measuring the abundance of trace elements in two adjacent constituent phases of metal particles in chondrites by using the NanoSIMS. The Quantification of the concentrations of minors and trace elements (Ni, Co, Cu, Pt, Ir, W, Rh, Au) in kamacite and taenite in Fe-Ni grains in Krymka (type LL3.2) and Bremervörde (type H /L3.9) allows us to point out the process responsible for the formation of metal in the solar system. The study of the distribution of trace elements between kamacite and taenite shows a completion of a state of chemical equilibrium between the two phases in all grains. The diagrams of elementary ratios [Element]/[Ni] in kamacite and taenite were used to constrain the metamorphic temperature of Krymka to about 446 ± 9°C and for Bremervörde to about 595 ± 30°C. The partition coefficients of the elements between the two phases are likely governed by the ionic radius of the main oxidation state of the elements. Based on the metamorphism temperature and the Ni diffusivity in Fe-Ni, we estimated the cooling rate of the parent body in the range of 0.5-1K/My for both chondrites.