Soutenance de thèse de Lisa KRÄMER RUGGIU

L’étude des météorites permet d’accéder à la formation et l’évolution dynamique de notre Système Solaire. Les différentes météorites échantillonnent à la fois les astéroïdes de la ceinture principale mais aussi la planète Mars. Ces corps possèdent une histoire géologique intense et complexe : métamorphisme thermique, chocs, altération aqueuse, et pour certains une différenciation. Cette thèse tente de décrypter une partie de cette histoire, en se concentrant sur l’altération aqueuse. Dans un premier temps, cette thèse a pour objectif d’étudier les produits formés par l’altération aqueuse sur les astéroïdes primitifs, par l’analyse de leurs fragments que sont les chondrites dites «primitives». Les différentes techniques habituellement employées pour la caractérisation des phases secondaires ont été testées sur quatre chondrites, afin d’identifier une méthodologie permettant d’étudier la variabilité des différentes phases secondaires, y compris dans des météorites peu altérées. La comparaison de plusieurs techniques a permis de mettre en évidence les limites de chacune pour l’étude des produits d’altération aqueuse, et de proposer la combinaison de la microscopie électronique à transmission associée à la diffraction de rayons X comme méthodologie la plus adaptée. La caractérisation détaillée de ces quatre chondrites a mis en valeur trois de ces échantillons qui pourraient représenter parmi les plus primitives de nos collections actuelles. Pour pouvoir interpréter les analyses des météorites et leurs processus secondaires dans le contexte du système solaire, les relier à leurs astéroïdes parents est essentiel. Actuellement, le nombre total de corps parents représentés dans nos collections est estimé à 150 corps parents, dont un tiers est représenté par les chondrites non groupées, n’appartenant à aucun groupe de la classification actuelle. Nous avons mesuré en laboratoire les spectres infrarouges de chondrites non groupées et d’autres météorites issues de groupes rares, afin de les comparer avec les spectres de différentes classes d’astéroïdes. Ceci a permis de proposer de nouveaux liens entre météorites et certaines familles d’astéroïdes. Certaines météorites non groupées sont liées avec (1) des astéroïdes carbonés (Cg, B ou Xe) qui n’étaient pas encore associés à des météorites ; (2) des astéroïdes carbonés Ch avec davantage d’hydratation, potentiellement analogue à l’astéroïde Bennu ; et (3) des astéroïdes de type S, couramment associés aux chondrites ordinaires, suggérant une possible plus grande diversité de cette classe d’astéroïde. Finalement, l’étude de l’altération aqueuse dans les météorites martiennes donne accès aux conditions de l’altération aqueuse sur la planète Mars, permettant d’apporter des éléments de contexte à la question de l’apparition de la vie sur cette planète. Nous avons étudié les nakhlites, des roches basaltiques martiennes, dont les olivines ont été altérées par des circulations de fluides sur Mars. Dans un premier temps, une étude détaillée de la nouvelle nakhlite Caleta el Cobre 022 a permis d’apporter de nouvelles informations sur la diversité des roches magmatiques martiennes et aussi de dévoiler une abondance exceptionnellement élevée de produits d’altération aqueuse martienne appelés « iddingsite ». Dans un second temps, l’étude détaillée des produits d’altération et la comparaison avec les autres nakhlites ont permis de contraindre la minéralogie et la composition chimique de ces produits, et d’apporter des informations sur la nature des fluides martiens et des conditions d’altération aqueuse sur la planète Mars. Dans toutes les nakhlites, l’iddingsite est observée sous formes de veines dans les olivines, formées d’au moins deux phases de cristallisation et chimie différentes. Leurs caractéristiques pétrographiques et chimiques démontrent une mise en place par remplissage de fractures préexistantes, avec des injections de fluides multiples, dans des conditions de basse température et pH acide.

The study of meteorites provides access to the formation and dynamic evolution of our Solar System. The different meteorites sample both the asteroids of the main belt, but also the planet Mars. These bodies have an intense and complex geological history: thermal metamorphism, shocks, aqueous alteration, and for some a differentiation stage. This thesis attempts to untangle part of this story, focusing on aqueous alteration. First, this thesis aims to study the products formed by aqueous alteration on primitive asteroids, by analyzing their fragments, called the "primitive" chondrites. The various techniques usually used for the characterization of secondary phases were tested on four chondrites, in order to identify an ideal methodology for the study of the various secondary phases, including in meteorites showing incipient alteration. The comparison of several techniques shows the limits of each technique in the study of aqueous alteration products, and allows us to propose the combination of transmission electron microscopy associated with X-ray diffraction as the most suitable methodology. The detailed characterization of these four chondrites has also called attention to three of these samples which could represent among the most primitive of our current collections. In order to be able to interpret the analyzes of meteorites and their secondary processes in the context of the solar system, it is necessary to relate them to their parent asteroids. Currently, the total number of parent bodies represented in our collections is estimated at around 150 parent bodies, a third of which are represented by ungrouped chondrites, not belonging to any group in the current classification. We have measured infrared spectra of ungrouped chondrites and other meteorites from rare groups in laboratory, in order to compare them with the spectra of different classes of asteroids, allowing the suggestion of new links between meteorites and certain families of asteroids. Some ungrouped meteorites are linked with (1) carbonaceous asteroids (Cg, B or Xe) that were not yet associated with meteorites; (2) Ch carbonaceous asteroids with more hydration, potentially equivalent to the asteroid Bennu; and (3) S-type asteroids, commonly associated with ordinary chondrites, suggesting a potential greater diversity of this asteroid class. Finally, the study of aqueous alteration in Martian meteorites provides access to the conditions of aqueous alteration on the planet Mars, giving constraints on the question of the appearance of life on this planet. We studied the nakhlites which are Martian basaltic rocks, whose olivines have been altered by circulations of fluids on Mars. First, a detailed study of the nakhlite Caleta el Cobre 022 provided new information on the diversity of Martian magmatic products, and revealed an exceptionally high abundance of Martian aqueous alteration products, called "iddingsite". Secondly, the detailed study of this alteration products and the comparison with other nakhlites made it possible to constrain the mineralogy and chemical composition of these aqueous alteration products, and to provide information on the nature Martian fluids and aqueous alteration conditions on the planet Mars. In all nakhlites, iddingsite is observed as veins in olivines, formed by at least two distinct phases of different crystallization and chemistry. Their petrographic and chemical characteristics demonstrate establishing by filling preexisting fractures, with multiple fluid injections, under conditions of low temperature and acidic pH.