Silicium, Fractionnement isotopique, Anomalies isotopiques, Météorite, Condensation, Accrétion planétaire

Depuis que le premier solide s'est condensé à partir du gaz nébulaire solaire il y a 4,57 milliards d'années, les matériaux du système solaire ont subi des processus complexes, incluant la condensation, l'évaporation, l'accrétion et la différenciation, ce qui complique les efforts pour reconstruire l'histoire de la formation planétaire. Cependant, des indices peuvent être trouvés dans les matériaux extraterrestres, les météorites étant parmi les objets les plus importants. De plus, les roches terrestres qui témoignent de l'évolution de la Terre servent de comparaison pour l'étude d'autres planètes rocheuses. Le silicium (Si) est un constituant majeur des roches et joue un rôle crucial dans l'évolution de la Terre. Ses fractionnements isotopiques significatifs, même à haute température, en fait un proxy robuste pour retracer les processus depuis le nuage moléculaire primordial jusqu'au système solaire actuel. En outre, le Si, avec ses trois isotopes stables, permet de retracer l'évolution du disque solaire et l'origine des planètes par le biais d'anomalies isotopiques. Bien que de nombreuses études aient exploré les compositions isotopiques du Si dans la nature, la plupart se sont concentrées sur un seul rapport isotopique (30Si/28Si), laissant l'étude des anomalies isotopiques du Si incomplète. Dans cette thèse, une nouvelle approche utilisant les trois isotopes du Si est développée pour détecter les anomalies isotopiques au niveau des parties par million. Cette approche a été mise en œuvre pour mesurer précisément les variations isotopiques du Si dans la nature afin d'étudier la formation et l'évolution planétaire : (1) Les compositions isotopiques du Si dans les composants chondritiques sont hétérogènes. Les corrélations entre les isotopes du Si et le rapport Mg/Si dans les silicates des chondrites à enstatite indiquent que leurs précurseurs proviennent de la condensation du gaz nébulaire solaire. Les variations isotopiques du Si dans le métal montrent qu'il a la même origine. Leurs précurseurs viennent probablement de réservoirs différents avec des anomalies isotopiques distinctes, et des corrélations similaires sont également trouvées dans les chondrites carbonées. L'hétérogénéité isotopique a été en partie réduite par le métamorphisme thermique ultérieur. (2) Les anomalies isotopiques du Si dans les météorites suggèrent une contribution significative des matériaux carbonés provenant des régions externes du système solaire. Ces matériaux ont pu subir des processus de dégazage à la ligne des neiges en tombant vers le Soleil. Les modélisations fondées sur les trois isotopes du Si et de l'O indiquent que le noyau terrestre pourrait contenir 4,4 % en poids d'O et 4,6 % en poids de Si, avec une température de ségrégation noyau-manteau de 1400K. Cette ségrégation a eu lieu au sein des planétésimaux précurseurs et le métal ne s'est pas complètement ré-équilibré avec le manteau en s'enfonçant dans le noyau après l'accrétion de la proto-terre. (3) Les trois isotopes du Si dans les cherts précambriens montrent des écarts par rapport au fractionnement isotopique à l'équilibre dus à des processus cinétiques au cours de la formation des cherts. Les processus cinétiques entraînent des variations significatives des trois isotopes de l'O et du Si dans les cherts précambriens à un âge donné, ce qui introduit des biais lors de la reconstruction de la température de l'eau de mer à l'aide de thermomètres isotopiques. Cela conduirait également à des écarts des trois isotopes de l'O de la courbe d'équilibre avec l'eau de mer. Ces problèmes peuvent être résolus en utilisant les nouveaux critères des trois isotopes du Si. Cette thèse étudie le fractionnement isotopique des trois isotopes du Si impliqué dans les processus allant de la nébuleuse solaire à l'évolution terrestre. Elle démontre que les trois isotopes du Si peuvent fournir une nouvelle approche pour l'étude de l'évolution du Système solaire et des planètes.