Projet ANR-14-CE33-0006 – PALLAS : Evolution précoce des planétésimaux et des astéroïdes dans le système solaire
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Ghylaine QUITTE-LEVASSEUR (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 393131.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : L’objectif de ce projet multi-disciplinaire est de contraindre les processus de différenciation métal-silicate dans des planétésimaux (taille de quelques dizaines à centaines de kilomètres) au tout début de l’histoire du système solaire. Quand la différenciation métal-silicate a-t-elle eu lieu ? Qu’est-ce qui l’a provoquée ? Quel est le rôle des différentes sources de chaleur ? Dans quelles conditions la ségrégation du métal s’est-elle produite ? Quels sont les mécanismes de différenciation ?
Pour répondre à ces questions, nous combinerons les données isotopiques obtenues sur des météorites partiellement différenciées avec des résultats de géochimie et pétrologie expérimentale, modélisation physique, minéralogie et calculs ab initio.
Les météorites primitives riches en métal sont de bonnes candidates pour fournir des informations précises sur les étapes les plus précoces de la ségrégation du métal dans leurs corps parents. Nous déterminerons leur âge et étudierons les fractionnements isotopiques dépendants de la masse du Si, Ni, Cr et W, étant donné que les isotopes stables permettent d’identifier et de quantifier les mécanismes impliqués dans les processus. Le radiochronomètre à courte période 182Hf-182W est l’un des mieux adaptés à l’étude de la ségrégation du métal. Il sera associé à deux autres fournissant des informations complémentaires : le chronomètre 60Fe-60Ni date le refroidissement du métal, alors que le 26Al-26Mg renseigne sur la phase silicatée. En combinant les échelles de temps déduites des différents chronomètres aux températures de fermeture différentes, l’histoire thermique du corps pourra être déduite. D’après des travaux récents, la distribution des radionucléides à courte période 26Al et 60Fe était probablement hétérogène dans le système solaire primitif. Nous évaluerons l’abondance exacte de ces sources de chaleur dans chaque corps parent. Nous envisageons aussi d’explorer de façon systématique et statistique l’histoire de la croissance des planétésimaux, c’est-à-dire les taux d’accrétion et l’histoire thermique des corps. Ceci nous permettra de faire des comparaisons plus pertinentes avec les observations pétrologiques et cosmochimiques. Les résultats nous aideront également à contraindre l’état initial du planétésimal, ce qui est capital pour modéliser la ségrégation métal-silicate. 
Les modèles physiques de différenciation exploreront l’espace des paramètres. Deux aspects particulièrement novateurs sont : (1) la prise en compte de l‘évolution chimique et minéralogique des phases pendant la fusion, (2) l’étude dynamique du fractionnement isotopique entre métal et silicate pour les éléments chimiques pertinents. Dans le même temps, les conséquences chimiques et isotopiques de la ségrégation en conditions contrôlées seront testées par de la pétrologie expérimentale. Nous considérerons soit un système initial bi-phasique  métal-silicate, soit la production de métal par réduction en cours d’expérience. Le système métal-silicate sera étudié à la fois à 1 bar en four vertical CO/CO2, et à 1-3 GPa en utilisant un piston cylindre. A cause de la volatilité du soufre, le système sulfure-métal nécessite un piston cylindre. Les produits de réaction seront caractérisés (minéralogie et composition chimique) avant de déterminer leur composition chimique par spectrométrie de masse. Enfin, nous comparerons les fractionnements isotopiques dépendants de la masse mesurés dans les échantillons naturels, dans nos expériences, et ceux obtenus par calculs ab initio pour déterminer le degré d’équilibre atteint.
Le projet PALLAS est une coopération entre géo-/cosmochimistes, géodynamiciens, minéralogistes, modélisateurs, expérimentalistes de quatre laboratoires français (IRAP à Toulouse, GET à Toulouse, ENS de Lyon, et UMET à Lille). Le financement par l’ANR est essentiel pour fournir aux laboratoires le soutien nécessaire afin qu’ils puissent développer des projets scientifiques à long terme au plus haut niveau international.