ALS - Magazine 1 - Décembre 2009

Article > Système solaire Quelques résultats scientifiques emblématiques Réservoirs cosmochimiques : du milieu interstellaire au soleil jeune Une des questions essentielles sur l’origine du système solaire est de connaître la nature (gaz, grains cristallisés ou amorphes, composés organiques) et les compositions chimiques et isotopiques des matériaux à partir desquels le système solaire s’est formé. Répondre à cette question implique de se poser la question de l’origine de ces constituants (et donc de leur histoire présolaire que ce soit dans des environnements stellaires ou interstellaires) et d’essayer de déterminer leur composition à partir de l’étude de certains échantillons extra-terrestres bien choisis. Ces questions ont été abordées sous trois angles différents : • l’analyse de la composition isotopique du vent solaire • l’étude du matériel cométaire • l’étude de la matière carbonée des météorites primitives. La connaissance de la composition isotopique du Soleil revêt une importance considérable en cosmochimie, notamment en ce qui concerne la compréhension de l’origine des volatils (H, C, N, O et gaz rares) dans le système solaire, de leur distribution et évolution à l’intérieur du système solaire, et enfin des processus d’acquisition et de formation des atmosphères et des hydrosphères des planètes. Les couches externes du Soleil, qui sont la source du rayonnement solaire (le vent solaire), sont isolées des zones internes où les réactions thermonucléaires se produisent et ont donc à priori préservé la composition originelle du gaz de la nébuleuse solaire. Cependant la grande difficulté consiste à être capable d’effectuer des mesures précises de la composition isotopique du vent solaire et pour cela il faut impérativement avoir des échantillons de vent solaire dans le laboratoire car les techniques spectrométriques ne sont pas assez précises. Jusqu’à très récemment les seuls échantillons disponibles étaient les sols lunaires ramenés par les missions Apollo et Luna des années 1970. Du fait de l’absence de champ magnétique et d’atmosphère sur la Lune, le vent solaire s’implante sur les quelques dizaines à centaines de nanomètres d’épaisseur des grains des sols lunaires (Fig 1). Grâce à l’utilisation de la sonde ionique nous avons pu développer des techniques d’analyse par profil en profondeur grâce auxquelles il est possible d’extraire sélectivement les atomes contenus dans la couche de surface des grains où le vent solaire est implanté et de mesurer sa composition isotopique (Fig 2). Ces travaux nous ont amenés à nous intéresser de plus en plus au vent solaire et à être sélectionnés pour l’analyse de la composition isotopique de l’azote contenu dans les collecteurs de vent solaire de la mission NASA Genesis (Fig 3). Malgré l’écrasement de la capsule Genesis à son retour sur Terre (Fig 4) et la pollution terrestre qui en a résulté, la composition isotopique de l’azote du vent solaire a pu être mesurée en utilisant les photons d’un laser UV (l = 196 nm) pour «peler» en profondeur croissante et sous ultravide les cibles endommagées. Les résultats sont surprenants et soulèvent un problème de planétologie très important. Toutes les mesures disponibles (sols lunaires, collecteurs de Genesis et Fig 1 Fig 3 Fig 4 Sonde Genesis de la NASA 24 / ALS Mag Variations du rapport D/H en % Variations du rapport 15 N/ 14 N en % Concentration en N et H en ppm Fig 2