L ’apport des météorites à la connaissance de l ’origine de la matière INTRODUCTION aux « Météorites » L ’apport des météorites à la connaissance de l ’origine de la matière François Robert Muséum, LEME-UMS 2679

Les sources des météorites dans le système solaire

Anatomie de notre système solaire • 8 (+ 1 ?) planètes en orbite autour du Soleil (≈ dans un plan = écliptique) • deux types de planètes : - planètes terrestres ou internes ( = caillasse) - planètes géantes ou externes ( = gazeuses) + leurs satellites + ceintures d ’astéroïdes + comètes (ceinture de Kuiper et nuage de Oort)

Le Système Solaire

La plupart des planètes ont des satellites Mais les météorites proviennent des zones internes du système solaire : La Lune, Mars et la ceinture d ’Astéroïdes Échantillonnage limité...

Entre Mars et Jupiter il manque une planète ? Loi de Titus- Bode (XVIIIème siècle)

La ceinture des astéroïdes source des météorites

N 14 7 Rappel sur la structure de l’atome Cortège électronique Z Electrons (charge -) Noyau Z Protons (charge +) nucléons N Neutrons (N= A-Z) Ex: azote A = 14 : nombre de masse A (nucléons) 14 N Z = 7 :numéro atomique 7 Z protons

Un isotope, des isotopes Même nombre d’électrons et de protons = même propriétés chimiques. Mais nombre de neutrons différents ≠ propriétés physiques. Isotopes Isotopes Isotopes

La vallée de stabilité : d ’où viennent les neutrons excédentaires ? Isotopes La vallée de stabilité : d ’où viennent les neutrons excédentaires ?

Le modèle en couches L ’abondance solaire des éléments chimiques est déterminé par spectroscopie Dans les années 40, les données solaires sont peu précises... Les physiciens de l ’après-guerre décident de se tourner vers les météorites (H. Suess)

Orgueil : Une référence solaire ?

2 cm

L ’abondance solaire en 1947 ? L ’abondance d ’Orgueil en 1951

L ’abondance chimique d’Orgueil reproduit celle du soleil En combinant les données d ’Orgueil et celles du Soleil, on a défini : l ’Abondance Universelle

l ’Abondance Universelle

Hypothèse des pionniers Le soleil reflète l ’abondance moyenne de la Galaxie. Elle reflète donc les configurations nucléaires énergiquement les plus stables. La connaissance précise de l’Abondance Universelle ferait donc apparaître des propriétés énergétiques difficilement mesurables au laboratoire (?) Pic du Fer Nombres magiques

Les propriétés de l ’Abondance Universelle - La parité - La surabondance des éléments dont le nombre de protons est divisible par 4… (noyaux 4a) - Le pic du Fer ! - Les nombres magiques !!! _____________ Ces propriétés sont à l ’origine du premier modèle quantique (dit « modèle en couches ») qui décrit les règles de remplissage des nucléons dans le noyau

Le modèle en couche : Version originale Les nombres magiques apparaissent naturellement dans le calcul des niveaux d ’énergie que peuvent occuper les noyaux des atomes

L ’énergie de liaison du noyau (E=mc2) De plus en plus stable vers le Fer (deux 28Si pèsent plus lourd qu ’un 56Fe) Au delà du 56Fe, c ’est l ’inverse. Conséquences stellaires !

Conséquences stellaires Les noyaux sont de plus en plus stables. Donc avec de l’Helium (primordial ?) 4He + 12C  16O (stable) T1 4He + 16O  20Ne (stable) T2 4He + 20Ne  24Mg (stable) T3 4He + 24Mg  28Si (stable) T4 etc … T1 < T2 < T3 < T4 < Comment lancer cette nucléosynthèse ? : une partie de l’4He a une origine primordiale (d’ouy la notion de Big Bang

Pic du Fer - Les corollaires du modèle en couche : V Cr Mn Co Ni Cu Zn Ga Numéro atomique Abondance/106Si si distribution de Boltzman alors nj/ni = exp(-DEi-j/kT) pente Fe-V 6,6´108 K pente Fe-Co 1,1 ´109 K pente Fe-Cu 1,5 ´109 K - Les corollaires du modèle en couche : L’énergie : « kT » ? Au dessus de 3x109 K, énormes quantités de Neutrons. De telles températures ne peuvent être atteintes que dans les étoiles et… les supernovae seront imaginées en 1957, bien avant d’être observées...

Avant ! 2 jours après !

Dans les supernovae : p+e  n; vers 3 x109K Au delà du pic du Fer : capture neutronique Les éléments se fabriquent par décroissance des radioéléments riches en neutrons Deux processus : r (rapid) et s (slow)

La super-nova SN 1987 : la seule observation depuis le 11ème siècle d’une super nova « proche » du système solaire