Analyses MEB/EDX des UCAMMs sur lame d’or et/ou cellule diamant

Cette particule est le principal objet d’étude de cette thèse. Deux fragments en ont été prélevés. Le premier a été monté sur une cellule diamant pour effectuer les analyses infrarouge (voir partie 2.7). La taille du fragment après écrasement sur la cellule diamant est de ~ 70 × 70 µm². Ce fragment a été analysé au MEB/EDX, le spectre global est montré en Figure 2-17 et les cartographies élémentaires en O, Mg, Si, S, et Fe sont montrées en Figure 1-18. Le second a été monté sur une lame d’or et a été analysé au NanoSIMS dans le cadre de cette thèse (voir chapitre 5). La taille du fragment après écrasement sur la lame d’or (LO_DC94) est égale à ~ 125 × 135 µm². La Figure 2-18 montre le spectre EDX global de ce fragment et la Figure 2-20 montre les cartes EDX de C, O, Mg, Al, Si, S et Fe de ce fragment.

On constate sur les cartes élémentaires du fragment écrasé sur la cellule diamant et du fragment écrasé sur la lame d’or la présence de nombreux minéraux (voir cartes Si et Mg), ainsi que de petits sulfures de Fer (voir cartes S et Fe) sur les Figure 2-19 et Figure 3-20, qui suggèrent que la particule avait une répartition globalement homogène de matière carbonée et de minéraux, ce qui n'est pas le cas de la particule DC45 (voir Figure 2-10), où l’on voit sur l’image BSE que la partie gauche du grain est constituée de matière organique, alors que la partie droite est de nature pierreuse.

Le spectre global de la particule est typique d’une UCAMM riche en minéraux et montre le triplet Mg, Al, Si (où Al est minoritaire), la présence de soufre et fer avec un peu de Ni et Ca. La très forte teneur en carbone du spectre réalisé sur la fenêtre diamant doit être à considérer avec prudence dans la mesure où l’échantillon était déjà écrasé à une épaisseur de quelques microns et présente de nombreux interstices entre les grains, ainsi une large partie du pic de Carbone provient vraisemblablement de la contribution de la fenêtre diamant elle-même. Si les fragments montés sur la lame d’or et sur la cellule diamant montrent des caractéristiques globalement similaires, leur analyse à plus fine échelle fait apparaître de fortes hétérogénéités.

On voit sur l’image en Carbone de la Figure 2-20 apparaître des zones nettement plus riches en carbone que d’autres. La MO de ces zones présente une structure différente. Alors que sur l’ensemble du grain la matière carbonée a une structure morcelée à grains assez fins (typiquement entre 2 et 3 microns), dans les zones les plus riches en carbone, la MO se présente sous forme de larges plaquettes de tailles comprises entre 5 et 10 microns. Nous reviendrons sur les caractéristiques élémentaires et isotopiques de ces structures aux chapitres 5 et 6.

On constate sur les images en O, Mg et Si de la Figure 2-20 que cette particule présente aussi des zones avec de plus fortes teneurs en minéraux (silicates et sulfures de fer). En particulier une zone en haut à gauche du grain (indiquée en pointillés) apparaît riche en O, Mg et Si et significativement plus pauvre en C (voir Figure 2-20 et Figure 2-21). Cette zone est caractérisée par une texture à grains fins (avec des tailles caractéristiques de l’ordre du micron). Les données SIMS de cette zone seront discutées en détails au chapitre 5. L’orientation des images NanoSIMS présentées dans le chapitre 5 est inversée par rapport à celle des images MEB.

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Figure 2-17. Spectre EDX du fragment DC94 écrasé sur la cellule diamant (ȼ #3_bottom). La zone en jaune sur l’image SE définie la zone sur laquelle a été enregistré ce spectre.

Figure 2-18. Spectre EDX du fragment de DC94 écrasé sur la lame d’or (LO_DC94).

0 2 4 6 8 10 keV 0 10 20 30 40 50 cps/eV C O Na Mg Al Si S K K Ca Ca ^Fe Fe Fe _Cl 1.00 * DC 06-05-94_bottom_map_IR_11 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 keV 0 2 4 6 8 10 12 14 cps/eV S Au Au Au Si Mg Fe Fe Fe O Ca Ca K ^K Na Cl 1.00 * 1

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Figure 2-19. Image SE en haut à gauche et cartes EDX de O, Mg, Si, S et Fe d’un fragment de DC94 écrasé sur la cellule diamant (ȼ #3_bottom).

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Figure 2-20. Image SE en haut à gauche et cartes EDX de C, O, Mg, Al, Si, S et Fe d’un fragment de DC94 écrasé sur la lame d’or (LO_DC94).

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Figure 2-21. Spectre EDX de la zone riche en minéraux associée à une texture à grains fins.

La particule DC06_05_65 :

Un fragment de cette particule a été écrasé sur une cellule diamant. Il a fait l’objet d’une étude par Infra-Rouge (voir partie 2.7). Il a ensuite été analysé au NanoSIMS (voir chapitre 5). La taille du fragment DC65 après écrasement sur la cellule diamant est égale à ~ 25 × 50 µm² (voir Figure 2-22). La Figure 2-24 et la Figure 2-24 montrent les spectres EDX du fragment de DC65 sur la cellule diamant, et la Figure 2-25 montre l’image en SE et les cartes EDX de O, Mg, Si, S et Fe d’un fragment de DC65 sur la cellule diamant.

Cette particule est typique d’une UCAMM pauvre en minéraux. Les cartes élémentaires révèlent quelques silicates et quelques sulfures épars (voir Figure 2-25). Sur le spectre global de cette particule le pic en Carbone est très intense. Bien que les analyses EDX effectuées au MEB ne soient que semi-quantitatives, elles confirment qualitativement la très forte teneur en MO de cette particule.

Figure 2-22. Image en SE du fragment de DC65 écrasé sur une cellule diamant (ȼ #5_bottom).

3 µm

SE cps/eV

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Figure 2-23. Spectre EDX de la partie supérieure du fragment de DC65 écrasé sur la cellule diamant (ȼ #5_bottom).

Figure 2-24. Spectre EDX de la partie inférieure du fragment de DC65 écrasé sur la cellule diamant (ȼ #5_bottom). 0 2 4 6 8 10 keV 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 cps/eV Si Mg Fe _Fe Fe K K S Cl Na O Al 1.00 * 1 0 2 4 6 8 10 keV 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 cps/eV Si Mg Fe Fe Fe C Na K K S Cl 1.00 * 1

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Figure 2-25. Image SE en haut à gauche et cartes EDX de O, Mg, Si, S et Fe d’un fragment de DC65 écrasé sur la cellule diamant (ȼ #5_bottom).

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La particule DC06_09_19 :

Cette particule est la première UCAMM découverte dans la collection CONCORDIA. Un fragment de cette particule a été écrasé sur une lame d’or (voir Figure 2-26). Ses données élémentaires et isotopiques figurent dans (Duprat et al. 2010), sa morphologie à l'échelle du MET a été étudiée par (Dobrică 2011) et (Dobrică et al. 2012). Les spectres et cartographies EDX présentés en Figure 2-27, Figure 2-28, Figure 2-29 et Figure 2-30 ont été effectués en 2015.

Les images en BSE et élémentaires (Figure 2-29 et Figure 2-30) montrent la coexistence de phases riches en Ca (peut-être un carbonate) et de zones riches en minéraux. Dans cette particule, la MO et les minéraux occupent des surfaces relatives comparables (environ 45-55%). En supposant un rapport de 2 entre la densité de la MO et celles des minéraux, cela signifie que la matière carbonée représente environ 20-30 wt% de cette particule (Duprat et al. 2010).

Figure 2-26. Images en BSE du fragment de la particule DC19 écrasé sur une lame d’or (LO_08-03). À gauche, le haut de ce fragment et à droite, le bas.

Figure 2-27. Spectre EDX du haut du fragment de DC19 écrasé sur la lame d’or LO_08-03.

0 2 4 6 8 10 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 cps/eV C O Na Mg Al Si S Cl K K Ca Ca Fe Fe Fe ^Cs Cs Au Au Au 1.00 * LO_08-03 1 north south BSE BSE

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Figure 2-28. Spectre EDX du bas du fragment de DC19 écrasé sur la lame d’or LO_08-03.

Figure 2-29. Image BSE en haut à gauche et cartes EDX de C, O, Mg, Al, Si, S, Fe et Ca du haut du fragment de DC19 écrasé sur la lame d’or LO_08-03.

0 2 4 6 8 10 keV 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 cps/eV C O Na Mg Al Si S Cl K K Ca Ca Fe Fe Fe Cs Cs Au Au Au 1.00 * LO_08-03 1

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Figure 2-30. Image BSE en haut à gauche et cartes EDX de C, O, Mg, Al, Si, S, Fe et Ca du bas du fragment de DC19 écrasé sur la lame d’or LO_08-03.

Très récemment, un fragment complémentaire de cette particule a pu être monté sur une cellule diamant. Les images en SE sont présentées en Figure 2-31. Les spectres et cartes EDX sont présentés en Annexe 8.1 (Figures 8-1 à 8-4). Les analyses IR de cette particule seront réalisées en 2015-2016 auprès du synchrotron SOLEIL dans le cadre de la collaboration IAS-CSNSM.

Figure 2-31. Images en SE du fragment de la particule DC19 monté sur la cellule diamant (#15). À gauche, la partie top de la cellule et à gauche la partie bottom de la cellule.

top bottom

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La particule DC06_09_119 :

La particule DC119 est la seconde UCAMM identifiée dans la collection CONCORDIA, étudiée dans le cadre de la thèse de E. Dobrică (Dobrică 2011). Un fragment a été monté sur une lame d’or (voir Figure 2-32) pour réaliser les mesures SIMS (Duprat et al. 2010), et les analyses MET (Dobrică et al. 2012). Le spectre et les cartographies EDX présentés en Figure 2-33 et Figure 2-34 ont été effectuées en 2015.

Cette particule est différente de la précédente (DC19). Elle est globalement plus riche en Carbone. Sur le spectre global, le pic en C est nettement plus intense que ceux associés aux minéraux (Mg, Al, Si, Fe). Les surfaces des images en carbone et éléments lourds (Si, Mg, Fe) montrent que la matière organique occupe, au minimum, 85% du volume de cette particule. En prenant la même hypothèse que plus haut, cela signifie que la matière organique constitue au minimum 60wt% de cette particule. Ces valeurs sont certainement des valeurs minimales dans la mesure où ce type d’analyse repose sur une analyse du contraste des images BSE or, une zone contenant un mélange de MO et des minéraux de petites tailles sera dans ce type d’approche considérée comme minérale. Nous verrons plus loin (partie 2.7) comment il est possible avec les mesures IR d’obtenir une contrainte plus fiable sur le rapport Si/C.

La MO de cette UCAMM se présente sous forme de plaquettes de tailles comprises entre 1 et 3 microns. Cette structure en plaquette est observée dans la plupart des UCAMMs mais avec des tailles variant d’une particule à l’autre. On constate la présence dans cette particule de Sulfure de Fer (voir Figure 2-34). Le pic du S est ici contaminé par la raie L-alpha de l’Or du support. La présence de Sulfures de Fer est très fréquente dans les UCAMMs et indique que ces particules n’ont pas subi d’altération thermique forte lors de leur entrée atmosphérique.

Figure 2-32. Images en SE (à gauche) et BSE (à droite) du fragment de la particule DC119 écrasé sur une lame d’or LO_08-02.

BSE

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Figure 2-33. Spectre EDX du fragment de DC119 écrasé sur la lame d’or LO_08-02.

Figure 2-34. Image SE en haut à gauche et cartes EDX de C, O, Mg, Al, Si, S et Fe du fragment de DC119 écrasé sur la lame d’or LO_08-02.

Un fragment complémentaire de cette particule a pu également être monté très récemment sur une cellule diamant (voir Figure 2-35) pour réaliser en 2015-2016 les analyses IR de cette particule. 0 2 4 6 8 10 keV 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 cps/eV C O Na Mg Al Si S K K Ca Ca Fe Fe Fe Cs Cs Au Au Au 1.00 * LO_08-02_new 1

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Figure 2-35. Image en SE du fragment de la particule DC119 monté sur la cellule diamant (#14).

La particule DC06_07_18 :

Un fragment de la particule DC06_07_18 a été monté sur une cellule diamant (voir Figures 8-5 et 8-6 en Annexe 8.1) et trois fragments ont été montés sur une lame d’or (voir Figure 2-36 et Figure 8-7 en Annexe 8.1), elle a fait l’objet de récentes analyses (voir section perspectives au chapitre 6).

Figure 2-36. Images SE en haut et cartes EDX de C de trois fragments de DC18 sur la lame d’or (LO_DC18). SE

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La particule DC06_07_41 :

Deux fragments de la particule DC06-07-41 ont étés montés sur une cellule diamant (voir Figure 2-37). La Figure 2-38 montre le spectre EDX d’un fragment de DC41 sur la cellule diamant, et la Figure 2-39 montre l’image en SE et les cartes EDX de O, Mg, Si, S et Fe de ce même fragment.

Figure 2-37. Images en SE de deux fragments de la particule DC41 montés sur une cellule diamant (cellule #8_top).

Figure 2-38. Spectre EDX sur le premier fragment de DC41.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 keV 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 cps/eV Mg Si ^S Fe Fe Fe C K _K Na O Cl 1.00 * DC 41_C ell8_Top_1 SE SE

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Figure 2-39. Cartes EDX sur le premier fragment de DC41.

Les cartes EDX montrent que cette particule contient quelques minéraux et sulfures de Fer épars. Le spectre global du fragment est dominé par le pic du carbone et ressemble aux particules DC119 et DC65. À nouveau, on constate après écrasement que la MO y apparaît sous forme de plaquettes.

Les analyses MEB des particules DC06_09_45, DC06_04_43 et DC06_11_649 sont présentées en Annexe A (Figures 8 à 14).

Bilan des analyses EDX sur ces fragments d’UCAMMs :

La Table 2-3 donne les mesures des rapports Mg/Si, Al/Si, Fe/Si, S/Si, Na/Si, K/Si et Ca/Si obtenues à partir des spectres EDX sur les différents fragments : DC94, DC65, DC18, DC41, DC19 et DC119.

Fragment Mg/Si Al/Si Fe/Si S/Si Na/Si K/Si Ca/Si

DC94 LO 0.7 0.1 1.7 0.4 0.4 0.2 0.2 DC94 cell 0.9 0.1 1.4 0.3 0.3 0.1 0.1 DC65 cell 0.5 0.3 0.6 0.6 3.7 1.1 0.3 DC18 cell 0.4 0.1 1.0 1.8 1.7 0.0 0.0 DC18A LO 0.7 0.2 0.4 1.3 2.3 0.1 0.2 DC18B LO 0.2 0.0 2.8 1.3 0.3 0.2 0.2 DC18C LO 0.2 0.0 1.7 1.8 0.4 0.3 0.0 DC41 cell 0.5 0.2 3.3 1.7 4.5 0.8 0.0 DC19N LO 0.8 0.1 1.7 1.0 0.2 0.1 0.7 DC19S LO 0.8 0.1 1.7 1.1 0.2 0.1 1.2 DC119 LO 0.2 0.1 3.2 3.0 0.5 0.1 0.4

Table 2-3. Rapports élémentaires semi-quantitatifs obtenus à partir des spectres EDX sur les fragments DC94, DC65, DC18, DC41, DC19 et DC119. LO pour Lame d’Or et cell pour cellule diamant.

66 Ces analyses EDX sur les différents fragments sont globales. Elles montrent que les rapports élémentaires présentent de larges variations. Pour une meilleure compréhension de ces particules, il serait utile de mieux caractériser les différents minéraux individuels présents dans chacun de ces fragments par des analyses complémentaires au MEB, à la microsonde électronique et au MET.