Cathodoluminescence: un nouveau regard sur les objets primitifs du système solaire
Publié par Adrien le 24/10/2018 à 08:00
Source: CNRS-INSU
Grâce à l'utilisation de la cathodoluminescence (CL) à haute sensibilité, de nouvelles structures internes ont été observées dans des olivines extraterrestres, constituants des météorites. Cette étude internationale, impliquant des chercheurs du Laboratoire Joseph Louis Lagrange (LAGRANGE / OCA, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public...) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Nice Sophia Antipolis) et du Centre de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) pour l'Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA, CNRS), apporte un éclairage nouveau sur la formation des olivines ainsi que des structures plus larges dans lesquelles elles sont incluses, et permet de les considérer comme des sondes locales de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre...) gazeux du disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale s'effondre sur elle-même. Puis, à l'intérieur de la nébuleuse résiduelle, la matière...) primordial.


Image de cathodoluminescence en mode panchromatique d'une olivine présentant une zonation interne due à une variation de la répartition en aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse...) au sein de la matrice cristalline.
La compréhension des premières étapes de la formation du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit...) anime depuis toujours la communauté des physiciens, astrophysiciens et cosmochimistes. Dans cette recherche, l'analyse des constituants principaux des météorites dites primitives représente un enjeu majeur au vu de leur rôle potentiel de témoins des mécanismes s'étant produits dans les 5 premiers millions d'années de la vie (La vie est le nom donné :) de notre système solaire. Ces météorites dites primitives sont constituées majoritairement de grains ("chondres"), contenant diverses formes cristallines silicatées, c'est-à-dire de cristaux à base de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) et d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) auxquels viennent s'adjoindre divers métaux. Ces grains ont depuis longtemps retenu l'attention de plusieurs générations de cosmochimistes. Où et comment se sont-ils formés dans le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) protoplanétaire ? Avec quel mécanisme de chauffe ? Quels étaient leurs précurseurs ? Ont-ils interagi avec leur environnement gazeux ? Comment se sont-ils refroidis ? Quel était l'environnement: nébulaire ou planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés soit...) ? De nombreuses questions se sont posées, sans pour autant que les réponses fassent l'unanimité dans la communauté.

Aujourd'hui, les principales données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sur les températures maximales de formation de ces grains ainsi que les vitesses de refroidissement au sein du disque protoplanétaire ont été extraites d'expériences menées à l'aide de diverses techniques (sonde atomique, diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les points de...) d'électrons rétrodiffusés...). Elles ont permis d'établir un scénario plausible pour la formation de ces grains. Néanmoins les résultats obtenus par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) et un ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la...) du Laboratoire Joseph Louis Lagrange (LAGRANGE / OCA, CNRS/Université Nice Sophia Antipolis), spécialisé en cosmochimie, et du Centre de Recherche sur l'Hétéro-Epitaxie et ses Applications (CRHEA, CNRS, Université de la Côte d'Azur), spécialisé dans l'élaboration de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) semi-conducteurs proposent une autre version des faits.


Image de cathodoluminescence en mode panchromatique d'un chondre présentant plusieurs structures cristallines zonées: olivines et pyroxènes. Cette image montre la complexité structurale des chondres.
Pour la première fois, l'utilisation d'un système de cathodoluminescence adapté à l'analyse de structures semi-conductrices de tailles micrométriques et submicrométriques (<10-6m), a permis d'avoir accès à un niveau de lecture inégalé, jusqu'à présent, de la structure fine des éléments constitutifs des chondres et notamment des olivines. Ces objets cristallins, de formule chimique Mg2SiO4, renferment divers éléments métalliques en concentrations très faibles comme l'aluminium et le fer, entre autres. Grâce à ce gain de sensibilité et de résolution, les auteurs de l'étude ont mis en évidence de nouvelles structures internes dans les olivines. Elles démontrent que la formation de grains d'olivine est contrôlée par un processus de croissance épitaxiale assistée par le gaz pendant la fusion.

Bien qu'il soit clair depuis ces dernières années que les chondres aient interagi avec le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) environnant plutôt que d'être des boules de poussière chauffées dans un système fermé, cet article va plus loin en suggérant que cette interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec le gaz définit leur composition et leur texture. Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) de cathodoluminescence montrent en effet des structures internes de zonation des olivines, des cristallisations asymétriques de cristaux d'olivines ou des couches superposées d'olivines à la bordure des chondres incompatibles avec une cristallisation magmatique classique par refroidissement en système fermé, communément admise jusqu'alors.

Les disques protoplanétaires étant optiquement épais à la plupart des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte...), ces cristaux fournissent ainsi, si cette interprétation est correcte, notre meilleure sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) thermochimique du gaz des régions internes et optiquement épaisses des étoiles jeunes.

Cette étude a bénéficié du soutien financier du CNES (support mission OSIRIS-Rex) et du BQR de l'OCA.
Page générée en 0.006 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique