Thèse Spéciation et Solubilité des Constituants Azote Carbone et Soufre dans les Magmas Primordiaux Impliqués dans la Formation Planétaire H/F - 45

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : ISTO - Institut des Sciences de la Terre d'Orléans
Direction de la thèse : Fabrice GAILLARD ORCID 0000000244438253
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-05T23:59:59

Des épisodes magmatiques multiples sont au coeur de de la formation des corps planétaires et leur dégazage, formant les premières enveloppes atmosphériques, est sujet d'un débat scientifique de premier plan. En exemple de ce magmatisme primordial, citons les roches magmatiques les plus anciennes, les angrites, et des fragments de silicates vitreux encapsulés dans les chondrites, les chondres, tous datant du début du système solaire (4,5 milliards d'années). Nous devons également mentionner les nombreuses observations d'exoplanètes chaudes, proches de leur étoile, dont les températures d'équilibres excèdent le point de fusion des roches.Les observations cosmochimiques et astrophysiques sur ces magmas extraterrestres convergent vers un magmatisme atypique par rapport à celui qui prévaut aujourd'hui sur Terre : Les conditions redox sont ultra-réduites pointant donc vers l'absence totale d'oxygène libre dans ces milieux et, ces systèmes semblent être exposés à de très fortes pressions d'hydrogène (H2). Sous ce régime exotique, nos connaissances sur le comportement d'éléments clefs dans le dégazage magmatique (H-C-N-S) sont inadéquates, en raison de maigres fondations empiriques et théoriques. Par exemple, nous ne savons pas s'il est possible de former des constituants H2S, NH3 et CH4 dans des silicates fondus, alors que les implications sur la chimie des atmosphères dégazées seraient transformantes pour la communauté scientifique.

Ce sujet de thèse vise à combler ce vide de connaissances fondamentales en combinant des approches expérimentales et analytiques de pointes. Nous exploiterons la plateforme expérimentale de l'ISTO, qui permet de synthétiser en laboratoire des magmas exposés à ces conditions exotiques (haute température, haute pression, forte fugacité d'hydrogène, fH2, et faible fO2). Nous exploiterons aussi les développements de LADYBIRD (PI Rémi Champallier, IR à l'ISTO, impliquant des ingénieurs de l'ICMN et du CEMHTI), qui cible un système expérimental transformant en matière de températures jamais atteintes sous pression de gaz. Nous exploiterons également la grande expertise du CEMHTI (Pierre Florian, spécialiste en spectrométrie RMN) pour caractériser les spéciations des gaz dissouts dans les verres silicatés ainsi formés. Enfin, nous collaborerons avec l'IPG-Paris (Jabrane Labidi, Chargé de recherche) et le CRPG-Nancy (Laurette Piani, Chargé de recherche) afin de quantifier les concentrations élémentaires et les signatures isotopiques en H, N, C, S dans ces silicates vitreux. A l'ISTO, un postdoctorant de l'équipe GEOASTRONOMY, Dr. Dmitri Bondar, avec une belle expérience (thèses +3), sera impliqué dans l'encadrement de la thèse. GEOASTRONOMY fournira une demi-thèse ainsi que le fonctionnement de laboratoire et de mission.

Ce projet de thèse est donc très rassembleur et très structurant pour l'écosystème scientifique Orléanais car il « synergise » les forces financières et les savoir-faire de différents laboratoires. Il connecte également cette expertise Orléanaise avec des expertises complémentaires d'autres laboratoires d'excellences en France (IPG-CRPG). C'est au final un environnement de haut niveau technologique et scientifique et donc, un tremplin idéal pour l'épanouissement d'un-une jeune scientifique.

Les observations cosmochimiques et astrophysiques sur les magmas extraterrestres convergent vers un magmatisme atypique par rapport à celui qui prévaut aujourd'hui sur Terre : Les conditions redox sont ultra-réduites pointant donc vers l'absence totale d'oxygène libre dans ces milieux et, ces systèmes semblent être exposés à de très fortes pressions d'hydrogène (H2). Sous ce régime exotique, nos connaissances sur le comportement d'éléments clefs dans le dégazage magmatique (H-C-N-S) sont inadéquates, en raison de maigres fondations empiriques et théoriques. Par exemple, nous ne savons pas s'il est possible de former des constituants H2S, NH3 et CH4 dans des silicates fondus, alors que les implications sur la chimie des atmosphères dégazées seraient transformantes pour la communauté scientifique.

Ce sujet de thèse vise à combler ce vide de connaissances fondamentales en combinant des approches expérimentales et analytiques de pointes. Nous exploiterons la plateforme expérimentale de l'ISTO, qui permet de synthétiser en laboratoire des magmas exposés à ces conditions exotiques (haute température, haute pression, forte fugacité d'hydrogène, fH2, et faible fO2). Nous exploiterons aussi les développements de LADYBIRD (PI Rémi Champallier, IR à l'ISTO, impliquant des ingénieurs de l'ICMN et du CEMHTI), qui cible un système expérimental transformant en matière de températures jamais atteintes sous pression de gaz. Nous exploiterons également la grande expertise du CEMHTI (Pierre Florian, spécialiste en spectrométrie RMN) pour caractériser les spéciations des gaz dissouts dans les verres silicatés ainsi formés. Enfin, nous collaborerons avec l'IPG-Paris (Jabrane Labidi, Chargé de recherche) et le CRPG-Nancy (Laurette Piani, Chargé de recherche) afin de quantifier les concentrations élémentaires et les signatures isotopiques en H, N, C, S dans ces silicates vitreux. A l'ISTO, un postdoctorant de l'équipe GEOASTRONOMY, Dr. Dmitri Bondar, avec une belle expérience (thèses +3), sera impliqué dans l'encadrement de la thèse. GEOASTRONOMY fournira une demi-thèse ainsi que le fonctionnement de laboratoire et de mission.