ALS - Magazine 1 - Décembre 2009

20 / ALS Mag Article > Système solaire Les spécificités nancéiennes dans l’étude des échantillons extraterrestres Fig 1 : Photo du système expérimental, appelé «nébulotron», développé pour simuler la formation des premiers solides par condensation dans le gaz de la nébuleuse autour du Soleil. Une cible de verre est pulvérisée par un faisceau laser, le plasma formé est maintenu à haute température dans un four et les condensats sont récupérés sur des plaques. Crédit : CRPG Fig 2 : Plateforme analytique pour l’azote développée au CRPG pour l’analyse du vent solaire implanté dans les collecteurs de la mission Genesis. Les fragments des collecteurs sont bombardés avec un faisceau laser, les gaz extraits sont purifiés dans une ligne à ultravide et ensuite analysés pour leur composition isotopique dans un spectromètre de masse. Crédit : CRPG Fig 3 : Schéma de principe d’une sonde ionique (ims 1270 ou ims 1280 HR2). L’échantillon solide est bombardé par un faisceau d’ions primaires (en rouge) de haute énergie. Sous l’effet du bombardement une cascade de collisions affecte les 5 à 10 premières couches atomiques de l’échantillon dont les atomes constitutifs sont émis sous forme d’ions secondaires. Les ions secondaires (en jaune) sont ensuite triés en énergie par un secteur électrostatique et en masse par un secteur magnétique avant d’être comptés un par un dans la multi- collection. Ces instrument est aussi un microscope ionique dont l’optique permet de réaliser à l’échelle du micromètre soit des cartographies de compositions isotopiques soit des mesures ponctuelles en haute précision des compositions isotopiques. Crédi t: C. Rollion-Bard CRPG Une approche originale Les travaux conduits sur les roches terrestres anciennes ou sur les échantillons extra- terrestres, associent des approches de simulation expérimentale, de caractérisation analytique et de modélisation thermodynamique ou géochimique. De gros efforts ont été faits pour développer une approche expérimentale originale des processus de condensation à haute température dans le gaz de la nébuleuse et des processus d’interaction gaz-solide à haute température. L’équipement développé a été nommé «nébulotron» (Fig 1). L’association des différentes générations de «nébulotron» et des fours qui permettent de réaliser des expériences à haute température sous atmosphère contrôlée constitue un ensemble unique parmi les laboratoires de cosmochimie et permet de simuler à la fois des processus s’étant déroulés dans la nébuleuse protosolaire mais aussi des processus de condensation dans des enveloppes d’étoiles. Il faut mentionner que ces développements expérimentaux ont aussi des applications industrielles originales en sidérurgie ou par exemple pour simuler la condensation des métaux lourds polluants dans la cheminée d’un incinérateur d’ordures ménagères. Des performances analytiques rares Une autre particularité des laboratoires de la Fédération de Recherche Eau-Sols-Terre est d’avoir été moteurs au cours des dernières années dans des développements majeurs (spectroscopies in situ et rayonnement synchrotron, sondes ioniques, spectromètres de masse à source plasma ou à source laser, ...) autour des techniques de caractérisation minéralogique, spectroscopique, chimique et isotopique. Un développement majeur des dernières années a par exemple été celui d’une plate-forme analytique (Fig 2) couplant extraction sous bombardement laser et spectrométrie de masse statique, pour l’analyse des gaz (azote et gaz rares) dans les échantillons de vent solaire et de poussière cométaire ramenés par les missions spatiales NASA Genesis et Stardust. Pour donner une idée des performances analytiques qu’il faut pouvoir atteindre pour analyser de tels échantillons la quantité totale d’azote ( 14 N) et d’hélium ( 3 He) ramenée dans les collecteurs de vent solaire de la mission Genesis sont respectivement de 10 12 et de 2x10 5 atomes (1 g de 14 N contient 4x10 22 atomes de 14 N). Les blancs qui ont pu être atteints avec le système d’extraction laser sont de 10 10 atomes pour 14 N et de 5000 atomes pour 3 He, ce qui a donc permis l’analyse du vent solaire piégé dans les cibles de Genesis. Fig 1