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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - Sorbonne Université/CNRS/MNHN/IRD

Séminaire/Seminar - Condensation hors-équilibre dans la nébuleuse solaire : former les minéraux précurseurs des chondrites - Sébastien Charnoz

Mardi 25 juin 2024 à 11 h

IMPMC, Salle des élèves, 2e étage, bâtiment 52 (« 20 allée des crapauds »), 61 rue Buffon, Paris 5e

Sébastien Charnoz (IPGP, Université de Paris Cité)

Résumé

Les précurseurs poussiéreux des clans principaux de chondrites (à enstatite, ordinaires et carbonées) sont généralement attribués à la condensation d’un gaz de composition quasi-solaire. Cependant, la vérification de cette hypothèse s’est avérée ardue, car la condensation a été suivie de processus secondaires complexes comme du réchauffement, du mélange mécanique et de l’altération aqueuse qui ont généré des fractionnements élémentaires. La phase précoce de condensation est admise comme contemporaine avec l’effondrement du nuage moléculaire (première centaine de millénaires), une période durant laquelle les premiers et plus réfractaires minéraux (dans les CAI) se sont formés dans les régions les plus chaudes, proches du proto-Soleil. A plus grandes distances, ou plus tard, des minéraux moins réfractaires (comme l’olivine) se seraient condensés dans des régions plus froides. La condensation de ces premiers minéraux a été étudiée depuis les années 1960, donnant lieu à la « séquence de condensation à l’équilibre » (voir Grossman 1972 ; revue par Ebel et al. (2023)). Cependant, des simulations MHD de la formation des disques protoplanétaires suggèrent que les injections sont trop courtes pour que la condensation puisse atteindre l’équilibre (Ahmad et al. 2024 ; Bhandare et al. 2024). D’ailleurs, Marrocchi et al. (2019) infèrent que des agrégats amiboïdes à olivine (AOA) dans les chondrites carbonées se sont condensés en moins de 0,01 a sur la base de leur Si isotopiquement léger. Ceci suggère qu’une condensation rapide, et ainsi un manque d’équilibre entre le gaz et les solides, pourrait avoir joué un rôle-clef dans les propriétés chimiques des chondrites et de leurs composants.

  Nous développons un nouveau code qui calcule la condensation cinétique en implémentant la condensation des minéraux (avec le formalisme d’Hertz-Knudsen ; e.g. Richter et al. 2002). Couplée à des réactions gaz-minéraux avec le formalisme de Fegley (1988, 2000). Nous incluons 38 minéraux et 39 réactions nébulaires, résolues simultanément en fonction du temps. Pour des temps de condensation relativement longs (>100 ans) et des pressions assez hautes (>10-4 bar), nous reproduisons une minéralogie de condensats proche de l’équilibre, où tout le fer est sous forme réduite et les silicates sont dominés par l’enstatite. Si l’échelle de temps de condensation est courte (< 1 an) ou que la pression est faible (<10-6 bar), un éventail de minéraux stables et métastables coexistent, avec une formation spontanée de phases oxydées (magnétite, fayalite) ainsi que de phyllosilicates pour les plus grands déséquilibres (lizardite, greenalite). Une exploration systématique des échelles de temps de condensation et de pressions ambiantes révèle trois minéralogies discrètes (appelées ici A, B, C). Les condensats de type A ont tout le fer sous forme métallique, tandis que les type B ont du fer métallique et de la fayalite, et le type C montre une large diversité de minéraux oxydés et réduits. Dans un diagramme Urey-Craig sur l’oxydation du fer, le type A reproduit très bien les EH, le type B les OC, et le type C les CO et CV.

Ainsi, la condensation hors-équilibre d’un gaz de composition solaire peut former des minéraux oxydés, sans nécessiter des fO2 élevées ou de l’eau supplémentaire. Nos résultats reproduisent la minéralogie des chondrites et leurs fO2 apparents respectifs, ouvrant une nouvelle voie pour la compréhension de la formation des chondrites.    

 

24/06/24

Traductions :