Mesures des rapports D/H en ions polyatomiques

H-isotopes_3 124 2.9 150 5.18 ± 0.01 0.99 ± 0.04 5320 ± 270 H-isotopes_6 41 2.6 140 5.38 ± 0.01 1.03 ± 0.04 5590 ± 290 H-isotopes_1 32 3.7 180 4.81 ± 0.01 0.91 ± 0.04 4850 ± 250 H-isotopes_4 129 3.5 200 5.61 ± 0.01 1.07 ± 0.05 5890 ± 300 Images sur DC65 n H‒ (c/s) (×105) D‒ (c/s) D‒/H‒ ± 1σ/sqrt(n) (×10‒4) D/H ± incertitude (×10‒4) δD ± incertitude (‰) H-isotopes_20 22 1.3 45 3.50 ± 0.01 7.6 ± 0.3 3880 ± 200 H-isotopes_21 32 1.3 50 3.63 ± 0.01 7.9 ± 0.3 4070 ± 200 H-isotopes_22 26 1.1 35 3.36 ± 0.01 7.3 ± 0.3 3670 ± 200

Table 5-10. Résultats obtenus sur différentes zones des deux fragments DC94 et DC65 : nombre de trames n, courants H‒ et D‒ (en c/s) moyennés sur les ROIs sélectionnées, rapports D‒/H‒ mesurés et incertitude associée, valeurs D/H corrigées du fractionnement instrumental et incertitude associée.

Les taux de comptage en H‒ et D‒ (en c/s) moyennés sur les ROIs sélectionnées sont égaux respectivement à 3.2×105 et 170 pour DC94 et à 1.2×105 et 43 pour DC65. En utilisant la calibration du rapport D/H faite en Janvier 2012 (voir chapitre 4), on obtient le rapport D/H moyen corrigé du fractionnement instrumental sur le fragment DC94 : D/H = 1.0 ± 0.3 × 10‒3 (δD ~ 5400 ± 2200 ‰). En utilisant la calibration du rapport D/H faite en Avril 2012 (voir chapitre 4), on obtient le rapport D/H moyen corrigé du fractionnement instrumental sur le fragment DC65 : D/H = 7.2 ± 3.2 × 10‒4 (δD ~ 3600 ± 2000 ‰). Les grandes barres d’erreur prennent en compte l’intervalle de confiance obtenu à partir de deux courbes de calibration différentes (une simple régression linéaire sur les valeurs D/H mesurées sur les standards et une en forçant la calibration à passer par l’origine). Ces valeurs sont celles publiées dans (Dartois et al. 2013). Ces deux fragments montrent de forts enrichissements en deutérium. On observe des enrichissements extrêmes en deutérium (δD > 20 000 ‰) dans des zones de taille micrométrique dans le grain DC94.

5.5. Mesures des rapports D/H en ions polyatomiques

La Figure 5-12 rassemble les images des rapports isotopiques 12C2D‒/12C2H‒ obtenues sur le fragment DC94 au NanoSIMS du LMI de l’Institut Curie. La Figure 5-13 montre l’évolution du courant C2H‒ (points bleus) et du rapport C2D‒/C2H‒ (points rouges) sur la zone #1. On constate que les variations de ce rapport isotopique restent dans une fourchette de ± 4% tout au long de l’acquisition (sur les 90 trames). Nous vérifions ainsi que les rapports isotopiques restent peu sensibles à la mise à l’équilibre des courants secondaires (voir chapitre 4).

160

Figure 5-12. Cartographies du rapport 12C2D‒/12C2H‒ obtenues sur le fragment DC94 en Octobre 2012 et Juillet 2013 au NanoSIMS du LMI de l’Institut Curie, recalées sur l’image MEB du fragment. Ces données ont été traitées avec ImageJ.

Figure 5-13. Evolutions du courant C2H‒ et du rapport isotopique C2D‒/C2H‒ (en variations relatives) en fonction des trames. Cette acquisition a été faite en Juillet 2013 sur la zone#1 de DC94.

La Table 5-11 rassemble les résultats obtenus sur le fragment DC94, avec le nombre de trames conservées pour la détermination des rapports C2D‒/C2H‒. Les rapports D/H corrigés du fractionnement instrumental avec leurs incertitudes associées (qui prennent en compte l’incertitude sur le rapport mesuré et l’incertitude sur l’IMF) pour les différentes zones du grain sont reportés dans cette table. La calibration du rapport C2D‒/C2H‒ pour les données d’Octobre 2012 a été faite sur DonH8 (voir chapitre 4) et la calibration du rapport C2D‒/C2H‒ pour les données de Juillet 2013 a été faite à partir de la calibration sur les standards de PS (voir chapitre

161 4). On constate sur la zone #1 (Table 5-11) le très bon accord entre ces deux sessions de mesures faites à plusieurs mois d’intervalle.

session Images sur DC94 ^{n C} 2H‒ (c/s) (× 105) ^C 2D‒ (c/s) C2D‒/C2H‒ ± 1σ/sqrt(n) (× 10–4) D/H ± incertitude (× 10–4) δD ± incertitude (‰) Oct. 12 zone#1 10 1.5 95 6.38 ± 0.02 6.10 ± 0.04 2920 ± 30 Juil. 13 zone#1 90 1.2 75 6.26 ± 0.01 5.81 ± 0.05 2730 ± 80 Oct. 12 zone#2 65 1.5 60 3.86 ± 0.01 3.69 ± 0.02 1370 ± 10 Juil. 13 zone#3 80 1.2 65 5.43 ± 0.01 5.04 ± 0.04 2240 ± 90 Oct. 12 zone#4 48 1.9 130 6.70 ± 0.01 6.41 ± 0.04 3110 ± 20 Juil. 13 zone#5 80 1.6 80 4.93 ± 0.01 4.58 ± 0.04 1940 ± 20 Oct. 12 zone#6 11 1.6 115 7.49 ± 0.01 7.16 ± 0.05 3600 ± 30

Table 5-11. Résultats obtenus sur les six zones du fragment DC94 : nombre de trames n, courants C2H‒ et C2D‒ (en c/s) (moyenne sur les n trames), rapports C2D‒/C2H‒ mesurés (moyenne sur les n trames) et incertitudes associées (écart-type/racine(n)), rapports D/H corrigés du fractionnement instrumental et incertitudes associées, et valeurs δD et incertitudes associées. Les données sur les zones #2, #4 et #6 ont été acquises en Octobre 2012 et les données sur les zones #1, #3 et #5 ont été acquises en Juillet 2013. L’acquisition en gris ne sera pas utilisée dans la suite.

À partir des résultats obtenus sur les zones #2, #4 et #6 (ProjetOct12 D) et les zones #1, #3 et #5 (ProjetJuil13 D), on obtient le rapport D/H moyen, corrigé du fractionnement instrumental20, sur le fragment DC94 :

4

moyen moyen

(D / H) =(5.45 1.27) 10± ´ ^- ® ( D)d ~(2500 8± 00)‰

On constate que la valeur obtenue avec les ions polyatomiques C2D‒/C2H‒ est 2 fois plus faible que celle obtenue avec les ions D‒/H‒ (δD ~ 5400 ± 2200 ‰). La valeur obtenue en ions monoatomiques était entachée d’une très grande incertitude liée à la calibration qui, lors de ces expériences, n’avait pu être faite précisément (voir chapitre 4). Grâce au travail effectué sur les standards, les rapports D/H déduits des mesures en ions polyatomiques sont significativement plus précis. Ce sont donc ces valeurs que nous conservons par la suite.

Figure 5-14. À gauche, distributions du rapport D/H sur toutes les zones du grain (sur les images lissées). À droite, distributions cumulatives du rapport D/H sur toutes les zones du grain (sur les mêmes images). Ces distributions sont normalisées telles que l’intégrale sous la distribution est égale à 1 et sont faites avec 256 pas (un pas de 1.08 × 10‒5).

162 Afin de caractériser l'hétérogénéité isotopique à l'intérieur d'une image (les variations locales), nous représentons sur la Figure 5-14 les distributions du rapport D/H sur les 6 zones du grain DC94. La valeur moyenne de chaque distribution pour chaque zone est indiquée dans la Table 5-12. Les valeurs indiquées en + et – sont déduites des valeurs à 10% et 90% de l’intégrale de chaque distribution, elles caractérisent l’étendue de la distribution (les domaines de variation).

Images sur DC94 (× 10^D/H –4) ^{δD (‰)} zone#1 ⁺_-3.3 3.2 5.7 + -2100 2100 2600 zone#2 ⁺_-2.3 1.9 3.9 + -1500 1200 1500 zone#3 ⁺_-3.6 3.1 5.1 + -2300 2000 2200 zone#4 ⁺_-3.4 3.4 6.1 + -2200 2200 2900 zone#5 ⁺_-3.1 2.6 4.6 + -2000 1600 1900 zone#6 ⁺_-4.7 4.1 6.3 + -3000 2600 3000

Table 5-12. Valeurs moyennes et valeurs à 10% et 90% de l’intégrale de la distribution, obtenues à partir des distributions sur le rapport D/H pour chaque zone du grain.

Les distributions des rapports D/H sont différentes entre les 6 zones du grain. On notera par exemple que les zones #4 et #6 sont significativement plus riches en D que les autres. La distribution isotopique de l’hydrogène présente donc des hétérogénéités à grande échelle. Ce phénomène est visible si l’on compare les zones #1 et #5 de la Figure 5-12, la zone #1 présente une zone globalement enrichie en D alors que la zone #5 contient de vastes zones avec des rapports D/H nettement plus bas. Nous reviendrons sur cette observation en Partie 5.8 lorsque que nous distinguerons les composantes « Hot » et « Cold » de la MO principale de cette particule.

La distribution du rapport D/H sur l’ensemble du grain DC94 est représentée en Figure 5-15. La carte reconstituée21 du rapport D/H du grain DC94 à partir des 6 images lissées est présentée en Figure 5-16.

Figure 5-15. Distribution du rapport D/H sur l’ensemble du fragment DC94, obtenue en faisant la somme des distributions précédentes du rapport D/H sur toutes les zones du grain présentées en Figure 5-16. Le nombre de pas est de 256 (avec un pas de 1.08 × 10‒5).

163

Figure 5-16. Reconstruction du rapport C2D‒/C2H‒ sur le fragment DC94 avec les cartes des 6 zones lissées avec le kernel 3 par 3 pixels.

La valeur du rapport D/H global est obtenue comme la valeur moyenne de la distribution somme et les 10-90 sont obtenus comme les valeurs à 10% et 90% de la somme de la distribution somme. On obtient les résultats suivants :

3.6 4 2300

global 3.1 global 2000

(D / H) =(5.2_-⁺ ) 10´ ^- ® ( D)d ~(2400⁺_- )‰