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Sujet de thèse : Origine du néon terrestre : contrainte par la composition actuelle du néon dans le manteau terrestre
Directeur : Manuel Moreira ; Co-directeur : Bruno Scaillet

L’origine des éléments volatils sur Terre est une des grandes questions en sciences de la Terre et en planétologie. Plusieurs scénarios sont généralement proposés pour cette origine dont deux principaux émergent.

Le premier propose une accrétion « sèche », suivi d’un apport tardif des éléments volatils (H2O, C, N) transportés par des météorites de type chondrites carbonées et/ou des comètes, après la fin de l’accrétion de la Terre.

Le second scénario suggère au contraire que les éléments volatils étaient présents dans les corps parents de la Terre. La notion de Terre « sèche » repose sur l’idée que l’environnement de formation des corps parents de la Terre – près du Soleil – ne permettait pas la condensation, ou favorisait une évaporation, des éléments volatils et très volatils, y compris des éléments chimiques tels que le K, Rb, Zn, Pb. Toutefois, cette notion cosmochimique de la volatilité n’empêche en rien un enrichissement en éléments volatils, tels que l’hélium, le néon, l’hydrogène, des éléments à très basse température de condensation – si un phénomène physique indépendant de la condensation ou l’évaporation existe. Un tel processus peut être l’irradiation par le vent solaire, qui peut ré-enrichir en certains éléments des matériaux « secs ».

Il existe un traceur géochimique qui permet de tester ce modèle, le néon. Le néon est un gaz rare, dont la température de condensation est de quelques Kelvin et donc il est présent en quantité infime dans les solides du système solaire en formation. Par contre, il est un des éléments majeurs du soleil (le 5ème), et donc du vent solaire. Aussi une irradiation par le vent solaire est facilement traçable par le néon, et en particulier par sa signature isotopique, qui permet de distinguer entre vent solaire et nébuleuse solaire. Le néon et ses isotopes sont mesurables par broyage sous vide de roches terrestres couplée à la spectrométrie de masse gaz rares. Les résultats d’analyse du néon dans les basaltes de dorsales ou de points chauds suggèrent que le néon a pu en effet être incorporé dans les corps parents de la Terre par l’irradiation du vent solaire sur les premières poussières formées dans le système solaire. Toutefois, ces analyses sur des échantillons centimétriques révèlent souvent la présence d’un composant atmosphérique qui vient contaminer le gaz magmatique et rendre l’interprétation difficile, car tous les scénarios pour l’origine du néon restent possibles.

La thèse vise à développer un protocole expérimental pour l’analyse du néon dans des bulles de gaz individuelles dans les basaltes océaniques. Cette méthode permet de s’affranchir de la contamination atmosphérique. La composition isotopique du néon dans ces bulles se fera par spectrométrie de masse couplée à l’ablation laser, et ce sur un équipement de pointe en cours d’acquisition dans le cadre de l’ERC APATE de Manuel Moreira.

Les implications pour l’origine de l’hydrogène et de l’eau dans la Terre profonde sont alors significatives, car si le néon est un élément majeur du vent solaire, l’hydrogène l’est encore plus. Les implications cosmochimiques de la thèse se focaliseront sur les conditions de pressions, températures et irradiation dans l’environnement de formation de la jeune Terre, et il sera également discuté l’existence d’une atmosphère primordiale solaire capturée autour de cette jeune Terre.

Ce projet est financé par l'ERC APATE dirigé par Manuel Moreira.

Mot clés: Origine des éléments volatils – gaz rares – néon – géochimie isotopique – spectrométrie de masse