Hugues LEROUX
Fonction au sein du département :
- Responsable pédagogique des SM1
- Enseignement:
* Défauts cristallins
* Rhéologie
* Céramiques
* Microscopie électronique
Activités de recherche:
Chercheur au Laboratoire de Structure et
Propriétés de l'Etat Solide (ESA 8008),
dans l'équipe Physique des Minéraux.
Les thématiques développées ont pour particularité de se
situer à l'interface entre la science des matériaux et les sciences de la Terre et de
l'Univers. Ces études s'appuient sur une compétence en caractérisation microstructurale
basée sur la microscopie électronique en transmission analytique (META).
Interaction métal-silicates
Irradiation des silicates
Amorphisation et restauration des zircons
Interaction métal-silicates
Ce thème porte en particulier sur la
détermination des conditions thermodynamiques (température T, fugacité d'oxygène fO2, etc...) existantes dans la nébuleuse proto-solaire. Les
météorites les plus primitives, les chondrites, sont constituées d'un assemblage de
silicates et de métal (essentiellement du fer). Le métal est à la fois le résultat
d'une condensation à partir d'une phase vapeur lors de la génèse de la nébuleuse, mais
peut aussi s'être exsolvé par un processus de réduction des phases silicatées qui se
serait produit entre la phase de condensation de la nébuleuse et la formation des
planètes. Nous étudions cette différentiation métal-silicate sur des échantillons
naturels (chondrites primitives) et synthétisés expérimentalement sous fO2 contrôlée.
Nos observations, surtout réalisées en META, montrent qu'une partie du métal des
chondrites semble résulter d'une réaction de réduction de silicates s'étant produit
lors de la formation des chondrites. Cette étude fournit donc une première estimation
des conditions (T,fO2) de la nébuleuse proto-solaire.
Elle donne également un cadre de référence pour comprendre la différenciation de la
Terre: séparation entre métal et silicate signifiant ici formation du noyau et du
manteau de la Terre.
Irradiation des silicates
Les phénomènes d'irradiation sont
probablement un paramètre important à prendre en compte lors de la modélisation
physico-chimique de la nébuleuse solaire. Ces irradiations peuvent être issues de
rayonnement cosmique galactique dans les nuages pré-stellaires, de jets couplés à la
libération d'énergie gravitationnelle lors de l'effondrement des nuages, de vents
stellaires forts de type T-Tauri. Ils peuvent avoir conduit à des fractionnements
chimiques à grande échelle dans le système solaire primitif, fixant les compositions
des météorites et des planètes. La compréhension de ces fractionnements représente un
enjeu scientifique important dans la mesure où ces fractionnements sont intimement liés
aux compositions globales des planètes y-compris la Terre. Parmi les fractionnements
importants, ceux des quatre éléments majeurs (de la Terre, des planètes telluriques et
de nombres de petits corps) Fe, Mg, Si et O jouent évidemment un rôle de premier plan.
Nous conduisons des expériences d'irradiation sur échantillons d'olivine ou de
pyroxènes dans le but de comprendre l'ampleur et les mécanismes de fractionnement des
quatre éléments majeurs Fe, Mg, Si et O au cours d'une irradiation (Le graphe ci-contre
représente les variations en fonction du temps des concentrations mormalisées de Si et
de Mg dans une olivine irradiée avec des électrons).
Amorphisation et restauration des zircons
Les zircons naturels (ZrSiO4) présentent souvent des régions amorphes à l'intérieur de
leurs matrices cristallines. De tels zircons - dit métamictisés - résultent de la
désintégration (alpha) des impuretés radioatives, telles que les éléments U et Th,
qu'ils contiennent. Le but de notre étude est de caractériser les processus
d'amorphisation et de restauration des zircons métamictisés, en cherchant en particulier
à comprendre comment ces zircons peuvent-être guéris par recuit. En effet,
l'irradiation naturelle puis la restauration des zircons peuvent changer les
systématiques des éléments (U, Th, Pb) utilisées pour dater les roches. Par ailleurs,
comprendre la restauration des zircons irradiés est important puisque ces cristaux ont
été proposés comme matériaux stabilisant les éléments radioactifs des déchets
nucléaires.
Des zircons métamictisés ont été recuits à haute température
(1000-1600 K) dans un flux d'azote pendant plusieurs heures, puis caractérisés en META.
Nous avons ainsi pu observer que le processus de recristallisation dépend du degré de
cristallinité du matériau de départ. Pour les cristaux qui n'étaient initialement que
partiellement amorphisés, le recuit induit la croissance de petits îlots cristallins de
zircon (taille initiale 10 nm) en épitaxie les uns avec les autres. Une petite fraction
de zircone (ZrO2 orthorombique), orientée
aléatoirement, cristallise aussi en laissant derrière elle des micro-domaines riches en
silice aux formes irrégulières. En revanche, le recuit de zircon initialement amorphe
induit une démixion importante des phases SiO2 and ZrO2, i.e induit la formation de petits cristaux de zircone (de taille
moyenne 20 nm) au contact de silice amorphe (voir photo). Les grains de ZrO2 sont orientés de manière aléatoire comme le montrent les
anneaux du cliché de diffraction correspondant (photo). Les phases ZrO2 et SiO2 sont bien sûr
métastables et se transforment finallement (à plus haute température ou pour des
recuits plus longs) en nouveaux grains de zircons. Ce processus de démixion doit
nécessairement influencer fortement les propriétés physico-chimiques des zircons. Cette
étude est une partie du programme de l'European Union TMR Network on Mineral
Transformations (contrat ERB-FMRX-CT97-0108).
Quelques publications récentes
Leroux H., Doukhan J.C. and Perron C (1999) metal grains in ordinary chondrites.
(submitted)
Leroux H., Reimold W.U, Koeberl C., Hornemann U. and Doukhan J.C. (1999) Experimental
shock deformation in zircon: a transmission electron microscope study. Earth Planet. Sci.
Lett. 169: 291 - 301
Leroux H., Doukhan J.C. and Bischoff A. (1997) Mineralogy and crystalization history of
the Ilafegh 009 EL-chondritic impact-melt rock:An ATEM investigation. Meteoritics Planet.
Sci. 32: 365-372, 1997
Leroux H., Doukhan J.C. and Guyot F. (1996) An AEM investigation of opaque inclusions
in some type 6 ordinary chondrites. Meteoritics Planet. Sci. 31: 767-776, 1996
Vous pouvez me contacter par téléphone au 03 20 43 69 65, ou m'envoyer
un email à
Hugues.Leroux@univ-lille1.fr
