Description du sujet de thèse

Mercure fait figure d'exception dans notre système solaire, caractérisée par ses lithologies uniques formées dans un environnement ultra-réducteur et riche en soufre (Cartier et Wood, 2019). Bien qu'étant la plus petite planète, Mercure possède le noyau proportionnellement le plus grand (Charlier et Namur, 2019). Ainsi, une hypothèse de longue date suggère que Mercure possédait à l'origine un manteau rocheux beaucoup plus vaste, en grande partie détruit lors d'impacts géants. Cependant, faute de contraintes, ce scénario n'a jamais été confirmé, et l'origine de Mercure reste un sujet insaisissable et controversé. Les aubrites, achondrites rares dont la minéralogie est particulièrement proche de celle de Mercure, sont connues pour provenir d'astéroïdes de type E, de petits « amas de débris » situés dans la ceinture d'astéroïdes la plus interne (Keil, 2010). Le projet ANR IMPAcToR vise à évaluer l'hypothèse originale selon laquelle les aubrites seraient des vestiges du manteau/croûte superficiel d'un grand proto-Mercure, pulvérisé par des impacts géants, et dont une petite fraction des débris aurait été implantée dans la ceinture d'astéroïdes (Cartier et al., 2022). L'objectif du projet doctoral est de caractériser de manière exhaustive la pétrographie, les compositions chimiques et certaines compositions isotopiques d'une collection unique d'aubrites et de météorites potentiellement apparentées, afin de reconstituer l'histoire géologique de leur(s) corps parent(s). Environ 35 météorites seront étudiées, dont certaines seront inédites. L'étudiant(e) réalisera la première étude géochimique in situ complète des aubrites (les éléments traces dans toutes les phases de tous les échantillons seront étudiés par LA-ICPMS et SIMS). Une attention particulière sera portée aux clastes de vitrophyre (Fogel, 2005 ; Keil et al., 2011), objets très rares contenant du verre magmatique. Des travaux préliminaires ont permis la découverte de plusieurs clastes de vitrophyre (Lacheux et al., 2024). Les données seront utilisées pour tester, par modélisation géochimique, les relations d'équilibre entre les différentes phases et retracer les conditions thermodynamiques de ces équilibres, afin de résoudre l'origine controversée des grains de métaux et de sulfures dans les aubrites, et d'évaluer la nature de leur corps parent, en particulier sa taille. Nous mesurerons également les teneurs en H, C et N des verres par SIMS, afin de fournir des contraintes sur les teneurs controversées en éléments volatils des aubrites (Piani et al., 2020 ; Peterson et al., 2023). Les analyses seront complétées par une étude texturale des aubrites. Français En particulier, la caractérisation des dendrites dans les objets vitreux permettra de déduire l'histoire thermique des clastes de vitrification, qu'ils soient ou non d'origine volcanique (Keil et al. 2011). De plus, certaines aubrites présentent des textures pegmatitiques avec des cristaux d'enstatite centimétriques contenant des milliers de vésicules et d'inclusions de silicates/sulfures/métaux dont l'origine est inconnue (Lorenz et al., 2020 ; Wilbur et al., 2022). L'objectif sera de comprendre si ces inclusions se forment précocement, lors de la cristallisation des aubrites, ou plus tard, lors des processus d'impact. Enfin, les aubrites sont des météorites extrêmement bréchifiées qui contiennent des clastes et des poussières de matériaux exogènes, et dont la nature hautement réduite les rend très sensibles à l'oxydation terrestre. Les compositions isotopiques de l'oxygène seront mesurées in situ par SIMS. Toutes les données seront intégrées aux données de la littérature pour construire un modèle pétrologique de formation d'aubrite dans leur(s) corps parent(s) et pour déchiffrer les propriétés de ces derniers.

Contexte de travail

Contexte / Financement : Cette thèse s'inscrit dans le projet IMPAcToR (Météorites aubrites : vestiges d'une grande protoplanète Mercure ?) porté par Camille Cartier, financé par l'ANR pour la période 2025-2029. Ce projet vise à élucider le lien entre les météorites aubrites, la planète Mercure et les astéroïdes de type E grâce à une approche multidisciplinaire. IMPAcToR rassemble une équipe de huit chercheurs de disciplines diverses, travaillant au CRPG ou dans d'autres instituts de recherche français, qui interagiront tous avec le/la doctorant(e). Ce projet de thèse porte sur la modélisation analytique et géochimique, mais des passerelles pourraient être établies avec les autres volets du projet ANR, notamment les volets expérimental et de datation. Outre le/la doctorant(e), le projet comprend les stages de deux étudiants de Master 2.

Directeurs de thèse : Camille Cartier (CRPG, Université de Lorraine), François Faure (CRPG, Université de Lorraine)