Communique de presse - Decouverte de sources diverses de l'azote des sols lunaires

Une équipe du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG/ CNRS - Vandoeuvre les Nancy) et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie (CNRS - Universités Paris 6 et Paris 7 - Muséum national d'histoire naturelle) vient de mettre en évidence grâce à une méthode qu'elle a mise au point, la diversité des sources de l'azote présent à la surface de la Lune. En utilisant notamment la spectrométrie de masse statique couplée à l'extraction laser et à la sonde ionique ims 1270, cette équipe a montré que le soleil ne peut pas être l'unique source de l'azote déposé sur la Lune. Cet azote provient en fait non seulement du vent solaire mais également de la matière météorique ou cométaire qui est apportée sur la Lune lors d'impacts de corps. Depuis le retour des échantillons lunaires sur Terre il y a 30 ans, de telles analyses n'avaient pu être réalisées malgré les efforts de nombreux laboratoires au niveau international. Ces résultats sont importants tant pour la connaissance du soleil que pour celle des sources possibles d'azote dans le système solaire en relation avec le débat sur l'origine de la matière organique essentielle à l'apparition de la vie.
Ces travaux ont été récemment publiés dans Science.
L'un des chercheurs de l'équipe, Marc Chaussidon, directeur de recherche au CNRS, reçoit le prix régional du chercheur de la région Lorraine le jeudi 23 novembre, pour ses travaux, sur la microsonde ionique 1270 utilisée notamment pour étudier les météorites, les sols lunaires et les échantillons terrestres anciens.

Le sol lunaire est une accumulation de débris provenant de météorites et probablement de comètes, tombés sur notre satellite depuis sa création voici 4,4 milliards d'années. Ces fragments de sol ont donc des âges et des compositions différentes selon leur provenance. A cela s'ajoutent les poussières fines et les gaz venus de l'espace interstellaire et surtout, du vent solaire, qui viennent frapper le sol lunaire et s'y incruster. La Lune a enregistré les apports extraterrestres depuis sa création alors que cet enregistrement a été complètement effacé de la surface de la Terre du fait de l'érosion et de la tectonique des plaques.
La Lune constitue donc une expérience naturelle unique d'irradiation cosmique au cours des temps géologiques.

Les analyses effectuées durant les trois dernières décennies ont montré que les gaz rares contenus dans les sols lunaires sont implantés grâce au rayonnement du Soleil dans les grains constituant ces sols. Leur composition chimique et isotopique est en effet constante et similaire à celles mesurées directement dans le "vent" (rayonnement corpusculaire) solaire. Au contraire, l'analyse de l'azote dans les sols lunaires a montré une variabilité de composition isotopique très importante, de l'ordre de 30%. Jusqu'à présent, cette variabilité était interprétée comme représentant une modulation de la composition du Soleil au cours du temps, mais dans ce cas se posait le problème de l'absence apparente de variation pour les gaz rares.

La nouvelle méthode mise au point par l'équipe du CRPG et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie a permis d'effectuer une mesure grain à grain des compositions isotopiques des gaz rares et de l'azote contenus dans une dizaine d'échantillons de sols lunaires confiés par la NASA au CRPG. Cette méthode a montré la diversité des sources de l'azote présent à la surface de la Lune : d'une part le vent solaire et d'autre part la matière météoritique ou cométaire, apportée sur la Lune lors d'impacts de corps. Les analyses réalisées avec la sonde ionique 1270 du CRPG ont permis de lever le voile sur ces sources. Elles donnent en effet accès à des profils de variation en fonction de la profondeur des compositions isotopiques depuis la surface des grains lunaires jusque vers l'intérieur et ceci avec une résolution de l'ordre de 10 nanomètres. Celle-ci est essentielle puisque la majeure partie du rayonnement solaire, de par sa relative faible énergie, ne pénètre que les quelques 50 premiers nanomètres d'épaisseur des grains lunaires. Ces profils mettent en évidence la présence d'azote solaire, car associé à de l'hydrogène purement solaire c'est à dire ne contenant pas de deutérium. Cet azote est appauvri en 15N (isotope 15 de l'azote) de plus de 24 % alors qu'à la surface des grains se trouve une autre composante d'azote enrichie en 15N qui résulte de l'apport du bombardement de la lune par des micrométéorites ou des comètes. Ainsi, dans la fine pellicule de surface d'un seul grain lunaire se trouve l'histoire des apports externes à la surface de la Lune.

Cette découverte a deux implications importantes. D'abord elle va permettre de qualifier et quantifier le flux extraterrestre de matière au cours du temps. On dispose sur la Lune de sols témoins du bombardement cosmique à plusieurs époques et les chercheurs espèrent reconstruire les flux passés de ce bombardement. Un tel bombardement a bien sûr affecté la Terre, avec encore plus d'intensité car la surface terrestre est plus grande. Ce bombardement a peut être été un vecteur d'éléments essentiels au développement de la vie sur Terre (éléments volatils tels que eau, carbone, azote, et matière organique) et sa quantification est bien sûr très importante. Ensuite, la grande hétérogénéité des isotopes de l'azote dans le système solaire implique des transports de matière à l'échelle du système solaire qui auraient permis des échanges entre les régions centrales telles que celle où s'est formée la Terre, et les régions les plus externes où ont été vraisemblablement préservées des phases de basse température telles que la matière organique.

Les mesures par sonde spatiale du vent solaire sont bien sûr très importantes dans ce contexte et permettront de confirmer ou non ces découvertes. Les résultats issus de la sonde européenne SOHO suggèrent un enrichissement du vent solaire en 15N, alors que ceux de l'équipe de chercheurs du CRPG et du laboratoire de Pétrologie, minéralogie, métallogénie font au contraire état d'un appauvrissement par rapport à l'azote planétaire. Ces mesures doivent être reconduites avec précision. La détermination de la composition isotopique de l'azote dans le vent solaire constitue l'un des objectifs majeurs d'une prochaine mission Discovery de la NASA appelée Genesis. Une autre façon de connaître la composition des gaz solaires est d'analyser l'atmosphère des planètes géantes comme Jupiter dont les atmosphères ont été directement piégées à partir du gaz de la nébuleuse solaire. La mission Galilée a permis d'envoyer un spectromètre de masse dans l'atmosphère de Jupiter et de mesurer sa composition voici 4 ans. L'équipe de la mission Galilée s'apprête à publier les analyses restaurées de la composition de l'azote, qui sont en tout point compatibles avec celles réalisées au CRPG puisque leur mesure indique un appauvrissement en 15N de 36 % dans l'atmosphère de Jupiter alors que les chercheurs du CRPG et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie ont fixé une limite inférieure de 24 %.

Référence :
Solar wind record on the Moon : Contrasting nitrogen isotopic composition of protosolar gas and planetary bodies par K. Hashizume, M. Chaussidon, B. Marty et F. Robert, Science,11 novembre 2000, vol 290, pp. 1142-1145.

Contact chercheurs :
Bernard Marty et Marc Chaussidon
Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG/ CNRS - Vandoeuvre les Nancy)
Tél : 03 83 59 42 14
Mél : bmarty@crpg.cnrs-nancy.fr
Mél : chocho@crpg.cnrs-nancy.fr

Contact INSU-CNRS (Institut national des sciences de l'univers) :
Christiane Grappin
Tél : 01 44 96 43 37
Mél : christiane.grappin@cnrs-dir.fr

Communiqué de presse Découverte de sources diverses de l'azote des sols lunaires
Paris, le 23 novembre 2000

Une équipe du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG/ CNRS - Vandoeuvre les Nancy) et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie (CNRS - Universités Paris 6 et Paris 7 - Muséum national d'histoire naturelle) vient de mettre en évidence grâce à une méthode qu'elle a mise au point, la diversité des sources de l'azote présent à la surface de la Lune. En utilisant notamment la spectrométrie de masse statique couplée à l'extraction laser et à la sonde ionique ims 1270, cette équipe a montré que le soleil ne peut pas être l'unique source de l'azote déposé sur la Lune. Cet azote provient en fait non seulement du vent solaire mais également de la matière météorique ou cométaire qui est apportée sur la Lune lors d'impacts de corps. Depuis le retour des échantillons lunaires sur Terre il y a 30 ans, de telles analyses n'avaient pu être réalisées malgré les efforts de nombreux laboratoires au niveau international. Ces résultats sont importants tant pour la connaissance du soleil que pour celle des sources possibles d'azote dans le système solaire en relation avec le débat sur l'origine de la matière organique essentielle à l'apparition de la vie. Ces travaux ont été récemment publiés dans Science. L'un des chercheurs de l'équipe, Marc Chaussidon, directeur de recherche au CNRS, reçoit le prix régional du chercheur de la région Lorraine le jeudi 23 novembre, pour ses travaux, sur la microsonde ionique 1270 utilisée notamment pour étudier les météorites, les sols lunaires et les échantillons terrestres anciens. Le sol lunaire est une accumulation de débris provenant de météorites et probablement de comètes, tombés sur notre satellite depuis sa création voici 4,4 milliards d'années. Ces fragments de sol ont donc des âges et des compositions différentes selon leur provenance. A cela s'ajoutent les poussières fines et les gaz venus de l'espace interstellaire et surtout, du vent solaire, qui viennent frapper le sol lunaire et s'y incruster. La Lune a enregistré les apports extraterrestres depuis sa création alors que cet enregistrement a été complètement effacé de la surface de la Terre du fait de l'érosion et de la tectonique des plaques. La Lune constitue donc une expérience naturelle unique d'irradiation cosmique au cours des temps géologiques. Les analyses effectuées durant les trois dernières décennies ont montré que les gaz rares contenus dans les sols lunaires sont implantés grâce au rayonnement du Soleil dans les grains constituant ces sols. Leur composition chimique et isotopique est en effet constante et similaire à celles mesurées directement dans le "vent" (rayonnement corpusculaire) solaire. Au contraire, l'analyse de l'azote dans les sols lunaires a montré une variabilité de composition isotopique très importante, de l'ordre de 30%. Jusqu'à présent, cette variabilité était interprétée comme représentant une modulation de la composition du Soleil au cours du temps, mais dans ce cas se posait le problème de l'absence apparente de variation pour les gaz rares. La nouvelle méthode mise au point par l'équipe du CRPG et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie a permis d'effectuer une mesure grain à grain des compositions isotopiques des gaz rares et de l'azote contenus dans une dizaine d'échantillons de sols lunaires confiés par la NASA au CRPG. Cette méthode a montré la diversité des sources de l'azote présent à la surface de la Lune : d'une part le vent solaire et d'autre part la matière météoritique ou cométaire, apportée sur la Lune lors d'impacts de corps. Les analyses réalisées avec la sonde ionique 1270 du CRPG ont permis de lever le voile sur ces sources. Elles donnent en effet accès à des profils de variation en fonction de la profondeur des compositions isotopiques depuis la surface des grains lunaires jusque vers l'intérieur et ceci avec une résolution de l'ordre de 10 nanomètres. Celle-ci est essentielle puisque la majeure partie du rayonnement solaire, de par sa relative faible énergie, ne pénètre que les quelques 50 premiers nanomètres d'épaisseur des grains lunaires. Ces profils mettent en évidence la présence d'azote solaire, car associé à de l'hydrogène purement solaire c'est à dire ne contenant pas de deutérium. Cet azote est appauvri en 15N (isotope 15 de l'azote) de plus de 24 % alors qu'à la surface des grains se trouve une autre composante d'azote enrichie en 15N qui résulte de l'apport du bombardement de la lune par des micrométéorites ou des comètes. Ainsi, dans la fine pellicule de surface d'un seul grain lunaire se trouve l'histoire des apports externes à la surface de la Lune. Cette découverte a deux implications importantes. D'abord elle va permettre de qualifier et quantifier le flux extraterrestre de matière au cours du temps. On dispose sur la Lune de sols témoins du bombardement cosmique à plusieurs époques et les chercheurs espèrent reconstruire les flux passés de ce bombardement. Un tel bombardement a bien sûr affecté la Terre, avec encore plus d'intensité car la surface terrestre est plus grande. Ce bombardement a peut être été un vecteur d'éléments essentiels au développement de la vie sur Terre (éléments volatils tels que eau, carbone, azote, et matière organique) et sa quantification est bien sûr très importante. Ensuite, la grande hétérogénéité des isotopes de l'azote dans le système solaire implique des transports de matière à l'échelle du système solaire qui auraient permis des échanges entre les régions centrales telles que celle où s'est formée la Terre, et les régions les plus externes où ont été vraisemblablement préservées des phases de basse température telles que la matière organique. Les mesures par sonde spatiale du vent solaire sont bien sûr très importantes dans ce contexte et permettront de confirmer ou non ces découvertes. Les résultats issus de la sonde européenne SOHO suggèrent un enrichissement du vent solaire en 15N, alors que ceux de l'équipe de chercheurs du CRPG et du laboratoire de Pétrologie, minéralogie, métallogénie font au contraire état d'un appauvrissement par rapport à l'azote planétaire. Ces mesures doivent être reconduites avec précision. La détermination de la composition isotopique de l'azote dans le vent solaire constitue l'un des objectifs majeurs d'une prochaine mission Discovery de la NASA appelée Genesis. Une autre façon de connaître la composition des gaz solaires est d'analyser l'atmosphère des planètes géantes comme Jupiter dont les atmosphères ont été directement piégées à partir du gaz de la nébuleuse solaire. La mission Galilée a permis d'envoyer un spectromètre de masse dans l'atmosphère de Jupiter et de mesurer sa composition voici 4 ans. L'équipe de la mission Galilée s'apprête à publier les analyses restaurées de la composition de l'azote, qui sont en tout point compatibles avec celles réalisées au CRPG puisque leur mesure indique un appauvrissement en 15N de 36 % dans l'atmosphère de Jupiter alors que les chercheurs du CRPG et du laboratoire de pétrologie, minéralogie, métallogénie ont fixé une limite inférieure de 24 %. Référence : Solar wind record on the Moon : Contrasting nitrogen isotopic composition of protosolar gas and planetary bodies par K. Hashizume, M. Chaussidon, B. Marty et F. Robert, Science,11 novembre 2000, vol 290, pp. 1142-1145. Contact chercheurs : Bernard Marty et Marc Chaussidon Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG/ CNRS - Vandoeuvre les Nancy) Tél : 03 83 59 42 14 Mél : bmarty@crpg.cnrs-nancy.fr Mél : chocho@crpg.cnrs-nancy.fr Contact INSU-CNRS (Institut national des sciences de l'univers) : Christiane Grappin Tél : 01 44 96 43 37 Mél : christiane.grappin@cnrs-dir.fr Contact presse : Carine Noël Tél : 01 44 96 46 06 Mél : carine.noel@cnrs-dir.fr