Travaux complémentaires : les applications de cette méthodologie

Au terme de ce chapitre, il apparaissait clairement que la méthodologie que nous avions développée offrait de nouveaux paramètres quantitatifs pour suivre les modifications progressives de la matrice par certains processus physiques comme l’altération hydrothermale (mais aussi chocs, fragmentation, fabrique, etc.). Ces outils, brièvement mentionnés dans le supplementary material de l’article, sont détaillés ici.

3.5.1. Les abondances de phases et l’altération

Les abondances de phases ont été quantifiées dans les différentes météorites. On rappelle ici que ces météorites présentent des degrés d’altération variables, ce que reflète grossièrement leurs types pétrologiques différents. Orgueil, qui est une chondrite de type 1, est la plus altérée. Murchison est une chondrite de type 2 et Paris est une météorite particulière, car il s’agit de la CM la moins altérée que l’on connaisse aujourd’hui. Elle a été classée comme chondrite de type 2.7 allant jusqu’à 2.9 pour les zones les moins altérées. La figure 9 de l’article montre déjà une tendance en fonction de la chondrite analysée. En se basant sur l’abondance de certaines phases sensibles et/ou issues de l’altération, il est possible mettre en évidence une corrélation entre le degré d’altération de la chondrite et les abondances modales (Figure 3.2). Afin de tester la sensibilité de la méthode, nous avons aussi affiché les différentes zones de matrice analysée. Dans la météorite de Paris, la zone 3 a été acquise dans la lithologie la plus altérée de la météorite, tandis que la zone 1 et 2 sont issue de la lithologie la plus préservée. Ces zones 1 et 2 sont situées plus à droite du graphe que la zone 3, au début de la tendance. Elles démontrent que même un faible différentiel d’altération (entre deux zones d’une même chondrite) est perceptible avec cette méthode. Une différence entre une zone de type 2.7 et de type 2.9 est déjà visible (zone 1,2 versus zone 3), mais cette méthode semble être à même de différencier des différentiels de type pétrologique plus faibles que cela (i.e. zone 1 versus zone 2).

Figure 3.2 : Abondance des silicates amorphes/phyllosilicates comparés à l’abondance des silicates anhydres dans les différentes chondrites utilisée dans l’article. En fonction du degré d’altération, les abondances de phases vont évoluer.

Chapitre 3 : Une nouvelle méthodologie pour l’étude des assemblages à grains fins

134 Ce différentiel d’altération, qui se traduit ici par une variation des abondances de phases minéralogiques est un outil précieux pour estimer de façon relative laquelle des différentes zones d’une même matrice est la plus altérée. Il sera utilisé dans la suite de ce manuscrit. La différence entre la zone 1 et la zone 2 se justifie lorsque les chondres environnants aux zones de matrice analysées sont pris en compte. La zone 2 est entourée de chondres très frais avec de larges grains de métal tandis que la zone 1 montre plutôt des chondres avec des couronnes d’oxydation autour des grains de métal et une mésostase plus transformée. De façon similaire, l’aspect de ces deux zones, la taille des nanosulfures et l’abondance des autres phases semblent confirmer la légère différence entre la zone 1 et 2 qui est mise en évidence par ce graphique.

3.5.2. L’analyse phase à phase : le cas des silicates anhydres

Chaque phase peut être analysée indépendamment des autres. Ceci permet de travailler à des échelles plus locales, mais aussi de proposer des outils de comparaison entre zones ou composants d’une même chondrite (i.e. couronnes à grains fins/matrice), et également entre les différentes chondrites. Les silicates anhydres sont présents à toutes les échelles dans les chondrites. Ils n’ont été que peu étudiés jusqu’alors, mais contiennent potentiellement des informations sur de nombreux processus du disque primitif ou sur les corps parents (altération, fragmentation des chondres, température de formation et environnement dans le disque, etc.). Afin d’explorer cette possibilité, nous avons extrait plusieurs paramètres physiques de ces grains dans la météorite de Paris.

Dans un premier temps nous avons considéré les paramètres globaux : taille de grains (Figure 3.3), forme des grains, etc. Cette analyse fait apparaitre une dichotomie entre les grains inférieurs à 5 µm et ceux supérieurs à cette taille et ceci pour les trois zones analysées. La Figure 3.3 montre que la fréquence des grains diminue drastiquement lorsque l’on dépasse cette taille typique de 5 µm. Les plus gros grains sont plus anguleux avec des contours net et rectiligne. Nous avons attribué ce seuil à la présence de fragments de chondres faiblement subdivisés. Nous avons alors concentré nos efforts sur la population de plus faible taille.

Figure 3.3 : Distribution de la taille des grains de silicate anhydre dans la matrice préservé de Paris. Une rupture de pente autour de 5 µm est visible.

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Figure 3.4 : (a) Ici seuls les pyroxènes et les olivines sont affichés, mais toutes les tailles de grains sont considérées.

(b) Cartographie des silicates anhydres (olivine et pyroxène) après une sélection en taille [0.5 – 4 µm]. Une fois cette sélection appliquée, il est possible d’analyser cette population indépendamment. Les analyses illustrées sont : (c) la composition moyenne de chaque grain est superposée au champ de composition Mg-Si. Chaque point est coloré en fonction de sa taille. (d) Distribution en taille pour les deux familles de minéraux. Les distributions sont assez similaires, mais les petits pyroxènes (<1µm) sont plus fréquents que les olivines (de même taille). En moyenne les grains d’olivines sont plus grands que les pyroxènes.

Un exemple appliqué à la zone 2 est montré sur la Figure 3.4. Les olivines et les pyroxènes sont d’abord sélectionnés à partir des masques créés par la cartographie de phases. Ensuite, tous les pixels connectés entre eux sont identifiés comme étant un même grain, ces différents grains sont numérotés de 1 à N. Une densité de grains trop importante peut générer des artefacts puisque deux grains en contact seront considérés comme n’étant qu’un unique grain. À partir de cette indexation et de la valeur de la taille de pixel, une nouvelle carte est générée. Chaque pixel d’un même grain est indexé par la valeur de la taille du grain (Figure 3.4.a). Un seuil est alors appliqué pour ne travailler que sur les grains fins (Figure 3.4.b). Ce seuil permet d’éliminer les larges fragments de chondre qui complexifient l’information finale. Une fois cette population de petits grains extraite, différents paramètres peuvent être affichés. La Figure 3.4.c représente la composition moyenne de chaque grain. Cet affichage permet de montrer que ces petits grains (<4µm) sont légèrement mélangés avec le silicate amorphe/phyllosilicate environnant puisque tous les points se situent sur des droites de mélanges entre les clusters de pixels purs. Il permet aussi de montrer que la chimie ne varie pas en fonction de la taille du grain : que les grains soient gros ou petits, ils sont distribués sur l’ensemble des compositions. La dernière figure (Figure 3.4.d) représente la distribution en taille des deux familles minérales. Cette information montre que la population des pyroxènes est décalée vers la gauche du graphique impliquant que les pyroxènes sont en moyenne plus petits que les olivines. Ce type de graphique est surtout intéressant lorsque deux (ou plusieurs zones) sont comparées.

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Afin de proposer des outils plus précis (et surtout axés vers les faibles degrés de l’altération), nous nous sommes intéressés à l’abondance de ces phases anhydres en fonction du degré d’altération. Des étudesont montré que les pyroxènes de type clinoenstatite, qui sont les plus fréquents dans les chondrites étaient plus sensibles à l’altération que la forsterite en raison de la présence de fractures de contraction formées lors du passage de la protoenstatite au clinoenstatite (diminution de l’axe c) (Smyth, 1974; Hanowski and Brearley, 2001). Ces fractures de contraction jouent un rôle important dans le processus d'altération en fournissant voie de circulation préférentielle au fluide à l'intérieur des cristaux et en divisant les phénocristaux en de nombreux sous-grains, augmentant ainsi la surface disponible pour les réactions d’altération. Une telle interprétation est corroborée par les observations des produits d’altération (Hanowski and Brearley, 2001; Rubin et al., 2007). En conséquence, le rapport olivine/pyroxène devrait donc augmenter au fur et à mesure que l’altération évolue.

Afin de ne pas être pollués par la présence de fragments de chondre trop grands qui fausserait ces mesures, nous avons calculé ces rapports dans différentes zones de la météorite de Paris, mais en ne conservant que la population de grains inférieurs à 4 µm. Le Tableau 3.1 montre les résultats de cette analyse. À partir de la Figure 3.2, nous avions pu estimer les degrés d’altération relatifs des trois zones. Le rapport olivine/pyroxène est cohérent avec nos mesures précédentes puisqu’il est maximal pour la zone 3 de Paris qui est la plus altérée puis viens ensuite la zone 1 et enfin la zone 2 la moins altérée présente le rapport le plus faible.

Tableau 3.1 : Tableau des abondances des olivines et des pyroxènes inférieur à 4 µm. Le ratio olivine/pyroxène est calculé et comparé au degré d’altération.

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