Les premiers âges du Système Solaire. Francis Albarède Ecole Normale Supérieure de Lyon
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- Xavier Labbé
- il y a 7 ans
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1 Les premiers âges du Système Solaire Francis Albarède Ecole Normale Supérieure de Lyon
2 Et pourtant, ma chère, je n ai eu que sept jours pour faire tout ce travail!
3 Une planète du Système Solaire interne: la Terre croûte manteau noyau externe noyau interne
4 Une planète du Système Solaire externe: Jupiter hydrogène gazeux hydrogène moléculaire liquide cœur rocheux et métallique
5 Tu enfanteras dans la douleur la naissance d un Système Solaire
6 Une maternité d étoiles
7 Les évènements qui ont conduit à la formation des planètes ont duré relativement peu de temps
8 Retour à l école (pour quelques minutes )
9 La structure de l atome le noyau le cortège électronique
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12 nucléides stables nucléides instables Les chronomètres radioactifs et leur domaine d utilisation
13 Abondance du nicléide L échelle des temps des processus planétaires nucléide stable (par ex le sodium 23) période stellaire (formation d éléments) période planétaire nucléide à longue vie (datation absolue) (par exemple le potassium 40) nucléide à courte vie, maintenant éteint (datation relative) par ex l aluminium 26 Big Bang Formation du Système Solaire temps aujourd hui
14 Une petite chronologie cosmique Big Bang: l Univers apparaît il y a 13±3 milliards d années Formation de la Voie Lactée (peu après) Formation de la Nébuleuse Solaire il y a 4568±0,5 millions d années Formation des petits corps planétaires en 3 millions d années On fait le ménage! Formation des planètes en millions d années accompagnée par la ségrégation du noyau, du manteau et de la croûte
15 Une petite chronologie cosmique Big Bang: l Univers apparaît il y a 13±3 milliards d années Formation de la Voie Lactée (peu après) Formation de la Nébuleuse Solaire il y a 4568±0,5 millions d années Formation des petits corps planétaires en 3 millions d années On fait le ménage! Formation des planètes en millions d années accompagnée par la ségrégation du noyau, du manteau et de la croûte
16 Une petite chronologie cosmique Big Bang: l Univers apparaît il y a 13±3 milliards d années Formation de la Voie Lactée (peu après) Formation de la Nébuleuse Solaire il y a 4568±0,5 millions d années Formation des petits corps planétaires en 3 millions d années On fait le ménage! Formation des planètes en millions d années accompagnée par la ségrégation du noyau, du manteau et de la croûte
17 Une petite chronologie cosmique Big Bang: l Univers apparaît il y a 13±3 milliards d années Formation de la Voie Lactée (peu après) Formation de la Nébuleuse Solaire il y a 4568±0,5 millions d années Formation des petits corps planétaires en 3 millions d années On fait le ménage! Formation des planètes en millions d années accompagnée par la ségrégation du noyau, du manteau et de la croûte
18 La formation des petits corps est rapide (< ans) Patrick Michel, Obs. Nice S ils se forment assez vite (10 km), ils sont largement fondus au cœur par les éléments radioactifs à courte période (26Al, 60Fe). Exemple: le corps parent des chondrites H.
19 Une petite chronologie cosmique Big Bang: l Univers apparaît il y a 13±3 milliards d années Formation de la Voie Lactée (peu après) Formation de la Nébuleuse Solaire il y a 4568±0,5 millions d années Formation des petits corps planétaires en 3 millions d années On fait le ménage! Formation des planètes en millions d années accompagnée par la ségrégation du noyau, du manteau et de la croûte
20 L âge de l Univers: comparaison entre deux éléments radioactifs U et Th L univers est apparu il y a 13 ± 3 milliards d année! De nombreux chronomètres donnent une réponse similaire
21 La composition du Système Solaire Concentration dans la photosphère solaire Les météorites chondritiques ont une composition très proche de celle du Soleil Concentration dans les météorites carbonées
22 Les composants des chondrites Chondre 1200 Chondrite Allende CV3 Inclusion réfractaire (CAI) Mais aussi grains présolaires, diamants, carbure de silicium, (2000 ) Matrice 1500
23 L âge des inclusions réfractaires est maintenant bien déterminé Allende seule T = 4568,6 ± 0,4 Ma Allende + Efremovka T = 4568,3 ± 0,4 Ma Autre étude d Allende (Amelin, 2002): 4567,9 ± 0,5 Ma
24 L abondance des nucléides fils issus des radioactivités éteintes donne un âge relatif des évènements
25 Datations du Système Solaire Al-26Mg (radioactivité éteinte âge relatif) 4568 Formation du Système Solaire 3 U-206Pb (longue période âge absolu) 4565 Éruption d un basalte sur Vesta L âge obtenu par cette méthode (4568,4 millions d années) n est pas distinguable de l âge des inclusions réfractaires: il s agit donc bien de la formation du Système Solaire!
26 La datation de la condensation des premières gouttes de matériel planétaire Matériel présolaire (diamant, carbure de silicium) mémoire stellaire Inclusions réfractaires (t > 1500 C) Chondres (t ~1200 C) La radioactivité éteinte aluminium-magnesium (26Al-26Mg) de demi-vie ans montre que les inclusions réfractaires et les chondres se sont formés en moins de ans.
27 Vers 10 millions d années, le grand typhon electromagnétique: la phase T-Tauri du Soleil balaye gaz et particules
28 L enfer sur Terre
29 La différenciation interne des planètes terrestres Les grosses planètes sont largement fondues: formation du noyau et solidification dd un océan magmatique
30 La datation de l océan magmatique par la méthode samarium-néodyme 146 Sm 142Nd (demi-vie de ans)
31 Les planètes sont nées fondues Le nucléide radioactif samarium 146 (père) décroît en néodyme 142 (fils) en 103 millions d années. L existence d excès de nucléide fils indique donc que le nucléide père était présent lors de la formation des planètes. Ceci exige une fusion généralisée de la Terre (océan magmatique) que l on peut placer entre 0 et 30 millions d années après la formation du Système Solaire. Boyet et Carlson (2005)
32 La datation du noyau par la méthode hafnium-tungstène 182 Hf 182W (demi-vie de ans)
33 Le noyau des planètes aussi! Age relatif en millions d années L hafnium 182 se désintègre en tungstène 182 avec une demi-vie de 8,5 millions d années Vesta L élément père hafnium (Hf) se concentre dans le silicate et le tungstène (W) dans le métal. Mars Le chronomètre donne donc un âge de la séparation silicate-métal et donc de la formation du noyau. Terre Lune Chondrites(Soleil) Météorites de fer (noyaux) Yin et al., 2002 excès de tungstène 182 ( 10000) Le noyau terrestre s est formé en 30 millions d années, au fond de l océan magmatique!
34 L origine de la chaleur de fusion L énergie gravitationnelle, qui ne devient importante que pour les planètes les plus grosses (> Mars). Cette énergie est identique à celle des impacts! Une forme particulière de cette énergie est la séparation du noyau des planètes (1500 de réchauffement pour toute la Terre). Les radioactivités éteintes à courte période: l aluminium 26, qui disparaît en 2-3 millions d années et le fer 60 qui disparaît en 5-8 millions d années. Si l accrétion est trop lente (grains, petits objets), cette énergie est irradiée dans l espace et ne sert pas à chauffer les planètes.
35 L origine de la chaleur de fusion L énergie gravitationnelle, qui ne devient importante que pour les planètes les plus grosses (> Mars). Cette énergie est identique à celle des impacts! Une forme particulière de cette énergie est la séparation du noyau des planètes (1500 de réchauffement pour toute la Terre). Les radioactivités éteintes à courte période: l aluminium 26, qui disparaît en 2-3 millions d années et le fer 60 qui disparaît en 5-8 millions d années. Si l accrétion est trop lente (grains, petits objets), cette énergie est irradiée dans l espace et ne sert pas à chauffer les planètes.
36 L origine de la Lune Le dernier des gros impacts
37 Un phénomène bien ordinaire
38 L impact géant qui forma la Lune
39 Datation de l impact lunaire La dernière séparation du tungstène (dans le noyau) et du hafnium (dans le liquide de l océan magmatique) est datée par le chronomètre 182Hf 182W à 42 millions d années après la formation du Système Solaire. Ceci doit dater l impact lunaire avec une assez bonne précision. Kleine et al. (2005)
40 A quoi tient la différence entre les planètes? La distance au Soleil (température): les planètes lointaines peuvent condenser les gaz (hydrogène, hélium) La gravité et donc la pression interne dépendent de la taille de la planète
41 A quoi tient la différence entre les planètes? La distance au Soleil (température): les planètes lointaines peuvent condenser les gaz (hydrogène, hélium) La gravité et donc la pression interne dépendent de la taille de la planète
42 Pourquoi la gravité est-elle si importante? Elle retient l eau et les gaz atmosphériques Elle est le moteur de la poussée d Archimède : les minéraux communs tombent dans le magma sauf le feldspath qui flotte; le feldspath est stable à 30 km sur la Terre, 100 km sur Mars, 200 km sur la Lune; la Lune est donc rapidement enveloppée d une croûte feldspathique (les montagnes lunaires) qui tiennent longtemps le magma au chaud!
43 Pourquoi la gravité est-elle si importante? Elle retient l eau et les gaz atmosphériques Elle est le moteur de la poussée d Archimède : les minéraux communs tombent dans le magma sauf le feldspath qui flotte; le feldspath est stable à 30 km sur la Terre, 100 km sur Mars, 200 km sur la Lune; la Lune est donc rapidement enveloppée d une croûte feldspathique (les montagnes lunaires) qui tient longtemps le magma bien au chaud!
44 Une roche feldspathique lunaire
45 La Terre dynamique moderne Depuis quand?
46 Les plus vieux minéraux : zircons de Jack Hills, Western Australia (4400 milions d années)
47 Le premier minéral Un zircon ZrSiO4 formé à partir d un granite vieux de 4400 millions d années atteste de la formation rapide de la croûte Wilde et al. (2001)
48 Le plus vieux terrain: Isua, Groenland (3850 millions d années)
49 Les plus vieux sédiments La couleur noire est due à la présence de graphite dont les isotopes du carbone suggèrent qu il s agit de matière organique
50 L atmosphère primitive et l apparition de la vie La réaction du magma chaud et de ses produits de cristallisation avec l eau produit de l hydrogène La réaction de l hydrogène avec le gaz carbonique et l azote atmosphériques produit du méthane et de l ammoniac
51 Les plus vieux hobbits (3850 millions d années)!
52 Merci à tous!
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