Soutenance de thèse de Florent Caste

Florent Caste, doctorant dans l'équipe Minéralogie magnétique de basse dimensionnalité (MIMABADI) soutient sa thèse le mercredi 14 décembre 2016 à 14 h.

IMPMC - UPMC, 4, Place Jussieu 75005 Paris. Tour 23 - Barre 22-23 - 4e étage, salle 401.

Interactions fluides-roches dans les chondrites carbonées : approche expérimentale et modélisation thermodynamique

Résumé

Les serpentines riches en fer sont des composants majeurs des chondrites carbonées de type CM, témoignant d’événements hydrothermaux qui se seraient produits à une étape précoce de la formation du système solaire. Leur étude peut donc permettre de remonter aux conditions de l’altération aqueuse sur le corps parent astéroïdal des chondrites CM. Le principal objectif de cette thèse est de mieux comprendre les conditions de formation et de stabilité des serpentines riches en fer, à valence mixte, qui ont été peu étudiées jusqu’ici. Deux approches ont été adoptées, une approche expérimentale d’une part, et la modélisation, visant à permettre le calcul des compositions minéralogiques à l’équilibre produites par interactions entre phases chondritiques anhydres et eau d’autre part. Nous proposons un modèle thermodynamique tenant compte des serpentines dans le système Fe^₂+-Fe^₃+-Mg-Si-O-H, avec des résultats préliminaires pour les systèmes alumineux. Alors que certaines compositions (chondritiques ou issues d’expériences) sont reproduites de façon satisfaisante, la sous-estimation de la teneur en fer ferrique calculée pour les serpentines est notable. En étudiant expérimentalement l’altération d’assemblages d’olivine et de fer métal, nous avons également observé un déficit de fer ferrique en comparaison des assemblages chondritiques. Ces observations soulignent le rôle possible de paramètres tels que la teneur en carbonates des fluides, ou la catalyse minérale, dans l’oxydation de Fe^₂+ aqueux dans les chondrites, comme cela a été suggéré sur la base d’observations des chondrites. Par ailleurs, lors de ces expériences, nous avons observé la formation de germes cristallins qui représenteraient un stade précoce de la formation des serpentines riches en fer, alors que les produits secondaires pauvres en fer apparaissent amorphes. En bon accord avec ces observations, les expériences de synthèse montrent une cristallinité accrue des précipités obtenus à température et pression ambiante avec l’augmentation du rapport Fe/Si, et de la teneur en fer ferrique. La prédominance de serpentines riches proches du pôle cronstedtite aux stades précoces de l’altération aqueuse dans les chondrites CM pourrait ainsi être contrôlée par des facteurs liés à la cristallogenèse
de ces phases.

Abstract

Iron-rich serpentines are major components of CM carbonaceous chondrites, and testify of hydrothermal events that would have occurred at early stages of the formation of the solar system. Studying these minerals would therefore bring clues to the conditions of aqueous alteration on the asteroidal parent bodies of CM chondrites. The main goal of this thesis is to better understand the conditions of formation and stability of mixed valent Fe-rich serpentines, which are poorly understood. We relied on two approaches, an experimental one, and modelling aiming at calculating the equilibrium mineral assemblages produced by interactions between anhydrous chondritic phases and water. We propose a thermodynamic model including serpentines in the system Fe²⁺-Fe³⁺-Mg-Si- O-H, with preliminary results for aluminous systems. Whereas some compositions (chondritic or experimental) can be reproduced satisfactorily, the ferric iron ratio is notably under-estimated. By altering experimentally olivine and metallic iron assemblages, we also observed a lower ferric iron ratio with comparison to chondritic assemblages. These observations underline the possible role of parameters such as aqueous carbonates or mineral catalysis in the oxidation of Fe²⁺ aqueux in chondrites, as previously suggested from observations of chondrites. In these experiments, we observed the formation of crystalline germs that may represent an early stage formation of Fe-rich serpentines, whereas Fe-poor secondary products appear amorphous. In good agreement with these observations, synthesis experiments show an increased crystallinity of the precipitates obtained at room pressure and temperature with an increase of the Fe/Si ratio and of the ferric iron content. Such a control of the precipitation by nucleation conditions would provide an explanation for the observation of the formation of Fe-rich serpentines close to the cronstedtite end-member at early stages of aqueous alteration in CM chondrites.

Jury

• Gisella Rebay - Chercheure (IGG, Université de Pavie, Italie) - Rapportrice
• Christophe Monnin - Directeur de Recherche CNRS (GET, Toulouse) - Rapporteur
• Chrystèle Sanloup - Professeure (ISTEP, UPMC) - Examinatrice
• Bertrand Devouard - Professeur (CEREGE, Aix-Marseille Universités) - Examinateur
• Agnès Elmaleh - Maître de conférences (IMPMC, UPMC) -  Co-Directrice de thèse
• Nicolas Menguy  - Professeur (IMPMC, UPMC) - Directeur de thèse