Analyses

4.4.1.2.1 Instrument de vol

Le dépôt 1 de l’olivine (Figure 105) se trouve dans l’instrument de vol et a été analysé à quatre reprises : en 2002 à Schwetzingen en Allemagne, alors que l’instrument COSIMA XM n’était pas encore intégré à la sonde Rosetta, et trois fois pendant la période d’analyse des particules cométaires par COSIMA XM. La méthodologie appliquée au traitement des données de l’olivine, dans le mode positif, est très semblable à celle mise en place pour les particules cométaires (§ 3.5.1). L’olivine est principalement constituée d’oxygène, de magnésium, de silicium et de fer. L’oxygène est électronégatif et possède donc une intensité très faible dans les spectres de masse d’ions secondaires positifs, le signal de silicium peut quant à lui provenir de l’olivine mais aussi du PDMS, ces deux éléments ne sont donc pas de bons indicateurs dans la première étape du traitement des données. Le magnésium et le fer sont au contraire présents dans le signal des spectres de l’olivine et absents de celui de la cible, ces éléments peuvent donc tracer le signal du minéral au sein des spectres de masse. La classification des spectres de masse dont le signal des ions secondaires positifs est dominé par l’olivine est effectuée selon deux critères :

 Une intensité élevée des ions 24Mg+ (m/z = 23,99) et 56Fe+ (m/z = 55,93).

 Une intensité faible des fragments provenant du PDMS, dont l’ion Si(CH3)3⁺ à m/z = 73,05 est le plus intense.

Cette méthodologie est appliquée pour l’analyse de l’olivine dans le mode positif le 3 février 2016, est présentée sur la Figure 106. Le spectre de masse (a) présente l’ion ²⁴Mg⁺ à m/z = 23,99. Les spectres de masse en rouge sont ceux pour lesquels le signal du magnésium est le plus intense, en vert moins intense, et en noir, gris et violet le signal de 24Mg+ est nul. Cette première étape permet ainsi d’attribuer les spectres en rouge et en vert au signal de l’olivine. Afin de confirmer cette sélection, le spectre (b) compris entre 55,75 < m/z < 56,35 permet d’observer l’ion 56Fe+ à m/z = 55,93. Son intensité est relativement faible au regard de la contamination organique présente juste à côté de celui-ci. On remarque néanmoins, une légère augmentation de l’intensité des spectres en rouge à l’emplacement du fer. De plus, le pic de contamination organique est le plus intense pour les spectres en noir et en gris, ce qui semble conforter que ces spectres sont dominés par le signal de la cible. Le spectre (c) est compris entre 27,80 < m/z < 28,20 et présente les ions ²⁸Si⁺ (m/z = 27,98) et C2H4⁺ (m/z = 28,03). Comme indiqué précédemment, les ions de silicium peuvent avoir deux origines, l’olivine et la contamination en PDMS. On observe que ce sont les sélections en noir et en gris dont l’intensité domine. Le spectre (d) montre l’ion Si(CH3)3⁺ à m/z = 73,05 qui est issu de la fragmentation du PDMS. Cet ion est dominé en intensité par les spectres de masse en noir et en gris.

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Figure 106 : Spectres de masse mesurés sur l’olivine et sur la cible pour (a) 23,85 < m/z < 24,15 ; (b) 55,75 < m/z < 56,35 ; (c) 27,80 < m/z < 28,20 ; et (d) 72,80 < m/z < 73,3. Les couleurs des spectres correspondent aux attributions suivantes : en rouge le signal fort de l’olivine, en vert le signal faible de l’olivine, en noir le signal fort de la cible, en gris le signal faible de la cible, et en violet le signal émanant de la cible mais présentant un comportement étrange. La durée d’acquisition de chaque spectre est de 2,5 minutes.

La méthodologie a permis d’établir une classification des spectres de masse en cinq groupes :

 Le signal du spectre est largement dominé par l’olivine. L’intensité de l’ion de magnésium est forte, une augmentation est notable pour l’ion de fer, et les fragments issus de la contamination en PDMS sont de faible intensité.

 Le signal du spectre est faiblement dominé par l’olivine. Une augmentation de l’intensité des ions de magnésium et du fer est observée, mais celle-ci est moins importante que pour la sélection précédente. L’intensité du PDMS est environ 1,5 fois supérieure par rapport à la sélection précédente.

 Le signal du spectre est largement dominé par la cible. Le signal des ions de magnésium et du fer est nul, et l’intensité des ions provenant du PDMS très élevée (plus de 3 fois supérieure par rapport à la sélection des spectres rouges dominés par le signal de l’olivine).

 Le signal du spectre est faiblement dominé par la cible. Le signal des ions de magnésium et du fer est nul, mais l’intensité des ions provenant du PDMS est moins élevée que la sélection précédente.

 Le signal du spectre est dominé par la cible mais présente un comportement étrange. Le signal des ions de magnésium et du fer est nul, le signal de ces spectres de masse ne peut donc pas provenir de l’olivine. Néanmoins, le signal de l’ion Si(CH3)3⁺ provenant de la contamination en PDMS présente une intensité faible, comparable à celle observé pour les sélections des spectres dominés par le signal de l’olivine (Figure 106d). Ce type de comportement est inhabituel et n’est pas expliqué à ce jour.

136 La Figure 107 présente la somme des quatre spectres de masse provenant du premier groupe pour laquelle le signal du spectre est largement dominé par l’olivine, entre 0 < m/z < 200. L’ion d’indium (m/z = 114,90) provenant de la source d’ions primaire domaine le spectre, ainsi que le fragment de PDMS à m/z = 73,05. La contamination en PDMS est ainsi encore fortement présente dans le spectre de masse de l’olivine (les ions 24

Mg⁺ sont quatre fois moins intenses que le fragment de PDMS dominant). Avant d’effectuer le calcul des facteurs RSFs de Mg, Si et Fe, il sera donc indispensable de soustraire la contribution des ions provenant de la cible, notamment dans le cas du silicium pour lequel plusieurs sources contribuent à son signal.

Figure 107 : Somme des quatre spectres de masse, dont le signal est largement dominé par celui de l’olivine, entre 0 < m/z < 200. Les ions 24Mg+, 28Si+ et 56Fe+ en bleu sont les composants majoritaires de l’olivine. Les ions légendés en noir proviennent du signal de la cible (contamination en PDMS et l’or) et des ions primaires d’indium. Les deux fragments du PDMS sont Si(CH3)3⁺ à m/z = 73,05 et Si2O(CH3)5⁺ à m/z = 147,07. La durée d’acquisition totale de cette somme de spectre est de 10 minutes.

Lorsque la sélection des spectres est effectuée, il est toujours intéressant de la confronter aux photographies des analyses sur la cible afin d’en vérifier la cohérence. La Figure 108 illustre de deux manières les 11 positions d’analyse réalisées sous la forme d’une line scan sur le dépôt 1 de l’olivine. Tout d’abord en reliant les spectres de chaque sélection, représentée par les différentes couleurs, à leurs coordonnées sur la cible, et d’autre part, en associant ces sélections à leur localisation par rapport au dépôt d’olivine. On peut ainsi observer que le signal des spectres dominé par l’olivine (rouge et vert) correspond à la zone de l’échantillon, et le signal fortement dominé par la cible (noir) à la zone la plus éloignée du dépôt d’olivine. Les photographies acquises par le microscope optique COSISCOPE constituent ainsi une étape essentielle dans l’analyse des spectres de masse.

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Figure 108 : Localisation du signal de l’olivine déterminé par les spectres de masse d’ions secondaires positifs, et comparaison avec l’image du dépôt 1 de l’olivine. Les coordonnées indiquent la position de l’olivine sur la cible de dimensions 10 x 10 mm².

Les quatre séquences d’analyse effectuées sur le dépôt de l’olivine ont été étudiées dans l’objectif de sélectionner les meilleurs spectres de masse acquis sur l’olivine. Cette sélection finale est par la suite utilisée dans le calcul des facteurs RSFs. Le Tableau 29 résume les résultats de cette sélection. Deux dates d’analyses ont été retenues, le 3 février et le 10 juin 2016, car les spectres de masse répondaient à trois critères : un signal émanant de l’olivine caractérisé par des intensités fortes des ions de magnésium et de fer, ainsi qu’une intensité faible des ions de PDMS. De plus, les analyses doivent aussi contenir des spectres de masse acquis sur la cible, ce qui n’est pas le cas pour celle effectuée le 1er

octobre 2015 pour laquelle l’ensemble des spectres proviennent du dépôt de l’olivine. Il est indispensable de sélectionner des spectres sur l’échantillon et sur la cible afin de pouvoir les comparer, et dans le cas d’une quantification de pouvoir soustraire la contribution provenant de la cible. En effet, la contamination n’est pas forcément répartie de façon homogène sur l’ensemble de la cible, et les résultats sont bien meilleurs lorsque j’ai pu soustraire un signal de contamination voisin de la particule. Le nombre de spectres de masse sélectionnés pour les deux analyses est indiqué dans le Tableau 30.

Date des analyses Signal de l’olivine _{Signal de la}

cible

Intensité forte de Mg⁺ et Fe⁺ Intensité faible du PDMS

13 juin 2002 oui non oui

1er octobre 2015 oui oui non

3 février 2016 oui oui oui

10 juin 2016 oui oui oui

Tableau 29 : Informations sur les quatre analyses effectuées sur le dépôt 1 de l’olivine se trouvant sur la cible de noir d’or 3C2 au sein de l’instrument de vol COSIMA.

Date d’analyse Nombre de spectres sur l’olivine Nombre de spectres sur la cible

3 février 2016 4 4

10 juin 2016 4 22

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4.4.1.2.2 Instrument de référence

L’olivine a également été analysée sur l’instrument de référence de COSIMA, le 25 mars 2016, durant la même période que les analyses effectuées sur l’olivine du XM. La méthodologie présentée précédemment pour classer les spectres de masse a été appliquée à ces analyses. La Figure 109 présente la sélection des spectres dont le signal est dominé par l’olivine (en rouge) et la sélection dominée par le signal de la cible (en noir). Pour des raisons de clarté, les spectres appartenant à chaque sélection ont été additionnés et normés au signal de l’ion Si(CH3)3⁺ à m/z = 73,05. On observe que les ions

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Mg⁺ à m/z = 23,99 et ⁵⁶Fe⁺ à m/z = 55,93 sont présents uniquement pour la sélection des spectres en rouge sur l’olivine (Figure 109 (a) et (b) respectivement). La normalisation à Si(CH3)3⁺ permet de voir que l’intensité de l’ion 28Si+ (m/z = 27,98) est plus élevée pour la sélection des spectres sur l’olivine que celle effectuée sur la cible (Figure 109c). Néanmoins, la contamination organique est importante pour ces deux sélections (Figure 109 (b) et (c)), celle-ci ne provient pas seulement du PDMS, l’intensité de l’ion C2H4⁺ aurait dans ce cas été plus faible que l’intensité de ²⁸Si⁺ pour la sélection en rouge sur l’olivine (Figure 109c).

Figure 109 : Sélection des spectres de masse acquis sur l’olivine (rouge) et sur la cible (noir) pour (a) 23,85 < m/z < 24,15, (b) 55,75 < m/z < 56,35 et (c) 27,85 < m/z < 28,1. Les deux sélections de spectres ont été normées au signal du fragment de PDMS Si(CH3)3⁺ à m/z = 73,05.

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