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Analyses préliminaires de la météorite lunaire NWA 5000
L. Saint George1, M. Dobrijevic2, A. Le Postollec2, L. Londeix3, I. Billy3, Y. Anguy5, C.
Gaborieau5, and A. Duphil5
1Université de Bordeaux, F-33400 Talence, France
2Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, B18N, allée
Geoffroy Saint-Hilaire, 33615 Pessac, France. Email : michel.dobrijevic@u-bordeaux.fr
3Université de Bordeaux, UMR "EPOC" CNRS 5805, allée Geoffroy Saint-Hilaire, 33615
Pessac, France
4ENSAM
Juin 2019
Résumé
Dans le cadre d’un stage de Master 1 de physique, nous avons utilisé plusieurs techniques
pour analyser la météorite lunaire NWA 5000. Les résultats que nous avons obtenus sont
en bon accord avec des études antérieures de la même météorite (mais sur des échantillons
différents). Ces travaux préliminaires nous ont permis de nous familiariser avec les différentes
techniques et ont servi de référence pour étudier une autre météorite dont on suspectait une
origine lunaire.
1 Introduction
Dans le cadre du stage de Master 1 effectué par Lorine Saint George (étudiante en Master
de Physique Fondamentale et Applications de l’Université de Bordeaux), nous avons analysé
quatre météorites appartenant à un ami (voir les remerciements). L’objectif général du stage
était d’utiliser plusieurs techniques d’analyse pour apprendre à caractériser des météorites (voir
le rapport du stage : Saint George [2019a]). Parmi ces météorites, il y en avait une qui avait des
caractéristiques visibles proches d’une météorite lunaire (voir un l’article précédent : Saint George
et al. [2019b]) et nous devions confirmer sa nature en la comparant à une météorite lunaire déjà
référencée : NWA 5000. Nous présentons ici les analyses effectuées sur NWA 5000. Comme nous
avons surtout utilisé les analyses de cette météorite pour confirmer la nature de la météorite
potentiellement lunaire, nous n’avons pas poussé les analyses aussi loin que nous aurions pu.
Cependant, les analyses de cet échantillon étant très probablement originales, nous pensons qu’il
est intéressant de les présenter.
Dans le paragraphe 2, nous présentons la météorite lunaire NWA 5000. Le matériel et les
techniques d’analyse utilisées sont résumés dans le paragraphe 3. Les résultats des analyses sont
présentés dans le paragraphe 4. Nous concluons l’ensemble des résultats de cette étude dans le
paragraphe 5.
1
2 Présentation de la météorite
2.1 Origine
La météorite lunaire Northwest Africa 5000 (NWA 5000) a été trouvée dans le sud du Maroc
en 2007. La masse totale de la météorite récupérée est de 11.528 kg et sa taille était d’environ
27 ×24 ×20 cm. C’était à cette époque la deuxième plus grande météorite lunaire. D’après
les analyses effectuées (voir par exemple Irving et al. [2008]), c’est une météorite de type "hauts
plateaux feldspathiques" 1.
La masse de l’échantillon que nous avons analysé est de 0.85 ±0.05 g et il mesure environ 15
mm (voir la Figure 1).
Figure 1– Photographies des deux faces de notre échantillon de la météorite NWA 5000. On distingue
facilement les clastes blancs, la matrice noire et une inclusion métallique (photographie de droite, en haut du
gros claste blanc). On remarque aussi la présence d’une brèche sur la photographie de gauche.
2.2 Analyse morphologique succincte
NWA 5000 est un gabbro 2avec des clastes 3clairs entourés d’une matrice foncée. La météorite
a été érodée par l’humidité et le sable (voir Irving et al. [2008]). Des fissures et des régmaglyptes 4
sont visibles sur la météorite (mais pas sur notre échantillon). Il y a aussi des clastes sombres
et vitreux ainsi que des inclusions métalliques. On remarque sur notre échantillon, comme c’est
le cas sur la météorite originelle, que certains clastes sont des brèches (elles contiennent d’autres
clastes). Cela signifie que la roche a connu plusieurs impacts dont les éclats ont été mélangés. Les
inclusions métalliques pourraient provenir de l’impacteur.
1. Il existe trois types de météorites lunaires : les feldspathiques, qui correspondent aux hauts plateaux de La
Lune (ce sont les plus répandues des météorites lunaires), les basaltiques correspondant aux mers lunaires et les
intermédiaires.
2. Roche plutonique magmatique, à texture grenue, composée essentiellement de pyroxène et de feldspath.
3. Fragment de roche inclus dans une roche.
4. Dépressions à la surface d’une météorite ressemblant à des empreintes de pouces, causées par l’ablation lors
du trajet dans l’atmosphère.
2
3 Matériel et méthode
Les différentes techniques d’analyse que nous avons utilisées pour caractériser les deux mé-
téorites lunaires sont listées ci-après.
— Double pesée réalisée en salle de TP de Physique de l’Université de Bordeaux. Nous avons
principalement utilisé une balance de précision limitée à 200 g (valeur maximale), avec
une précision à l’affichage de 0.01 g (voir Saint George [2019a]).
— Susceptibilité magnétique réalisée au laboratoire EPOC avec l’instrument de mesure MS2E
(Surface Scanning Sensor de Bartington Instruments R
). La mesure a été effectuée à 0.46
kHz. La zone active de la surface du capteur représente un rectangle de 10.5 mm ×3.8
mm. La mesure est donc une moyenne de la zone correspondante.
— Spectroscopie XRF (X-Ray Fluorescence) réalisée au laboratoire EPOC. Nous avons utilisé
des énergies de 10 et 30 keV pour la source primaire de rayons X et un courant de 400 µA.
Les acquisitions duraient 10 s. L’appareil est un Core Scanner R
de la société Avaatech.
— Microanalyse X à l’aide d’un spectromètre à rayons X à dispersion d’énergie (EDS /
Energy Dispersive Spectrometer). Cet instrument (Edax Apollo XL R
) est intégré à un
microscope électronique à balayage environnemental à effet de champ (FEI Quanta 250
FEG R
). L’analyse a été réalisée sur la plateforme MACAM de l’I2M. Les expériences ont
été faites avec une énergie de 20 keV pour détecter les métaux comme le fer (Fe) et le
nickel (Ni). Les acquisitions duraient 100 s.
4 Resultats
4.1 Densité
La mesure que nous avons faite sur NWA 5000 (voir la Table 1) est en bon accord avec une
mesure effectuée par Macke et al. [2011]. Notre échantillon de NWA 5000 ne pesait que 0.85 g et
le matériel que nous avons utilisé n’était pas assez précis pour des masses si faibles. Pour cette
raison, l’incertitude sur sa densité est assez importante (environ 25%).
Table 1– Densité et susceptibilité magnétique de la météorite NWA 5000.
Météorite Densité Susceptibilité magnétique
(log10(χ(10−9m3kg−1))
Mesure Macke et al. [2011] Mesure Macke et al. [2011]
NWA 5000 2.57 ±0.65 2.73 ±0.07 3.40 ±0.13 3.31 ±0.12
4.2 Susceptibilité magnétique
Le premier test habituel, pour déterminer si une roche est une météorite, est de vérifier
qu’elle attire un aimant (aimantation due à la présence de Fe-Ni). L’une des particularités des
météorites lunaires est d’être faiblement aimantée. Nous l’avons vérifié avec un aimant néodyme
assez puissant. De ce fait, et compte-tenu de leur structure, les météorites lunaires (surtout celles
qui ont séjourné longtemps sur La Terre avant d’être découvertes) peuvent ne pas être reconnues
comme des météorites par un non-spécialiste.
Une manière quantitative de déterminer la faculté d’aimantation d’une météorite est de me-
surer sa susceptibilité magnétique 5. La valeur que nous avons obtenue pour chaque météorite est
5. L’utilisation d’un aimant sur une météorite est déconseillée car cela pourrait changer ses propriétés magné-
3
la moyenne de 3 séries de 20 mesures (donc 60 mesures au total) prises pour 3 orientations diffé-
rentes et approximatives du détecteur (0◦, 45◦et 90◦) pour tenir compte de la forte hétérogénéité
de la météorite. La mesure que nous avons faite sur NWA 5000 est en très bon accord avec une
mesure effectuée par d’autres auteurs (voir Macke et al. [2011]), malgré la petite taille de notre
échantillon qui est dominé par un claste clair (voir la Table 1). De plus, ces valeurs se distinguent
assez bien de la plupart des valeurs de susceptibilité magnétique des autres types de météorite
(voir Saint George et al. [2019b]).
4.3 Analyse XRF
La première technique d’analyse que nous avons utilisée est la technique XRF qui présente
l’avantage d’être rapide à mettre en oeuvre. Cette technique d’analyse permet de détecter les
éléments les plus abondants dans les échantillons mais ne permet pas de déterminer leurs abon-
dances en l’absence de calibration. Une autre limitation importante est qu’il n’est pas possible
de détecter les éléments plus léger que Mg (Na est détectable s’il est présent en grande quantité).
Comme nous analysions des échantillons de compositions inconnues, il n’était pas possible de
faire cette calibration. Autre point important, les analyses XRF ont été effectuées sur des zones
d’environ 5 mm de côté. Cela permet d’avoir une information moyenne mais ne permet pas de
faire des mesures sur des clastes qui ont une taille millimétrique ou inférieure.
Table 2– Liste des éléments détectés en XRF. Les éléments en gras correspondent à ceux pour lesquels le
nombre de coups était très élevé (donc probablement plus abondants que les autres).
Energie 10 keV 30 keV
Elements détectés Mg, Al,Si, S, Cl, K, Ca, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Zr
Ti, V, Cr, Mn, Fe
Les résultats XRF sont donnés en nombre de coups. Ce nombre n’est pas directement propor-
tionnel à l’abondance de l’élément mais il donne tout de même une indication intéressante sur la
composition. Les éléments détectés pour les deux énergies utilisées sont donnés dans la Table 2.
Ainsi, les éléments abondants de NWA 5000 sont Ca, Si, Al et Fe (voir la Figure 2). L’analyse
XRF permet aussi de faire des comparaisons entre différentes météorites. On remarque ainsi que
la météorite lunaire est relativement différente des 2 chondrites analysées dans le cadre du stage
(voir Saint George [2019a]); en effet les météorites lunaires sont, comparativement aux deux
chondrites, pauvres en Fe et riches en Ca et Al.
4.4 Analyse EDS
La micro-analyse X par sonde électronique que nous avons utilisée donne les abondances
relatives (en nombre d’atomes) des éléments dans une zone qui peut aller de quelques millimètres
à quelques micromètres. Plusieurs zones d’intérêt ont été choisies sur des critères visuels. En effet,
on distingue, sur les deux faces de la météorite, des inclusions claires entourées d’une matrice
sombre. Trois zones principales ont été analysées (voir la Figure 3).
L’analyse chimique permet de comparer les deux types principaux de météorites lunaires
(feldspathiques et basaltiques). À partir des abondances relatives en masse (Figure 4), nous
avons calculé l’abondance relative des oxydes correspondants aux principaux éléments présents
et nous avons normalisé l’ensemble pour avoir un total de 100%.
tiques. Nous ne l’avons pas encore vérifié, mais une petite étude est prévue.
4
Figure 2– Résultats XRF pour la météorite lunaire NWA 5000 et 2 chondrites. Les valeurs correspondent au
rapport du nombre de coups de chaque élément sur celui de Si (en haut) ou Fe (en bas). L’énergie d’activation
pour le graphe du haut est de 10 keV et 30 keV pour le graphe du bas.
5
Figure 3– Face de la météorite lunaire analysée en EDS. Deux zones ont été analysées (A : matrice noire.
B : inclusion claire). Une photographie au microscope électronique est présentée pour ces deux zones. La taille
de chaque zone est de 2,3 mm ×2,3 mm environ.
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4.4.1 Claste clair et matrice foncée
Nous avons tout d’abord comparé les abondances avec des résultats publiés pour 2 météorites
lunaires : la météorite "Yamato 793169" qui est une lunaire de type basaltique et la météorite
"Yamato 791197" 6qui est de type feldspathique. La comparaison est présentée sur la Figure 5.
Figure 4– Abondances relatives (en masse) des éléments identifiés par EDS pour chacune des 5 zones.
FF : Full Frame (l’ensemble de la zone a été analysée).
Les abondances élémentaires de la météorite NWA 5000 (les abondances de zones A et B
ne sont pas très différentes) sont en bon accord avec deux analyses effectuées sur la météorite
feldspathique "Yamato 791197" (voir Yanai and Kojima [1984], Korotev et al. [2003]). L’accord
est moins bon pour la météorite basaltique "Yamato 793169", principalement pour les éléments
les plus abondants comme Fe et Al.
L’abondance de Fe que nous trouvons dans NWA 5000 est en accord avec différents travaux
antérieurs. Irving et al. [2008] ont effectué des analyses INAA (Instrumental Neutron Activation
Analysis). La quantité de fer obtenu était de 5,3 % en masse pour FeO. Sur le site de R. L.
Korotev 7l’abondance relative totale de Fe (présentée sous la forme de FeO en masse) est de
5,7%. Nous trouvons pour les zones A et B des abondances relatives totales égales à 5,11% et
5,4% respectivement.
Irving et al. [2008] ont détecté aussi des éléments comme Cr (915 ppm), Co (19.6 ppm) et Ni
(240 ppm). Les abondances que nous trouvons pour ces éléments sont très variables selon la zone
considérée. Une comparaison plus poussée semble difficile.
6. "Yamato 791197" et "Yamato 793169" sont les deux premières météorites lunaires à avoir été trouvées (en
1979, près des montagnes Yamato en Antarctique). Les scientifiques ne comprirent pas aussitôt que ces objects
venaient de La Lune.
7. La base de données sur les météorites lunaires de R. L. Korotev est disponible à l’adresse suivante :
http ://meteorites.wustl.edu/lunar/moon_meteorites_list_alumina.htm.
7
Figure 5– Résultat des analyses EDS. Comparaison des abondances relatives (en masse) des oxydes nor-
malisées à 100% pour la zone A de la météorite NWA 5000 et deux météorites lunaires. La météorite "Yamato
793169" est une lunaire de type basaltique et la météorite "Yamato 791197" est de type feldspathique.
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4.4.2 Inclusions
Nous avons aussi analysé plusieurs inclusions. Dans le claste clair (zone B) se trouve des
inclusions blanches (voir la Figure 6). Les abondances dans les deux zones z1 et z2 analysées
sont données dans la Figure 4. La zone z1 est très riche en fer (Fe) et nickel (Ni) et appauvrie
en tout autre type d’éléments. C’est donc principalement un alliage Fe-Ni. La zone z2, différente
de couleur et de morphologie, ne contient quasiment que du fer et du soufre (S). Il s’agit d’un
sulfure de fer et probablement le minéral appelé troïlite (FeS). Ces deux inclusions sont souvent
associées dans les météorites.
Figure 6– Détail d’une inclusion de la zone B (voir la Figure 3) avec annotation des deux points z1 et z2
analysés en EDS.
Les abondances élémentaires de l’inclusion d’aspect métallique (zone C) sont aussi données
dans la Figure 4. Cette inclusion est quasi exclusivement constituée d’un alliage Fe-Ni ('87%
en masse). Les inclusions métalliques pourraient provenir du météoroïde qui a impacté La Lune.
5 Conclusion
L’un des objectifs du stage était de caractériser une météorite potentiellement lunaire (voir
Saint George et al. [2019b]). Pour cela, nous avons fait quelques analyses de la météorite lunaire
NWA 5000 qui nous servait d’échantillon de comparaison. Les résultats que nous avons obtenus
pour NWA 5000 sont en accord avec des analyses effectuées par différents auteurs, ce qui nous a
conforté sur les résultats obtenus lors de ce stage.
Remerciements
Un grand merci à Mathieu Sudre, collectionneur de météorites, pour nous avoir prêté ses
précieuses météorites pour toute la durée du stage. Nous sommes ouverts à toutes les critiques
constructives et toutes les informations qui pourraient améliorer cette étude du point de vue de
l’analyse des résultats et de leur interprétation.
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Références
A. J. Irving, S. M. Kuehner, R. L. Korotev, D. Rumble, and A. C. Hupe. Petrology and Bulk
Composition of Large Lunar Feldspathic Leucogabbroic Breccia Northwest Africa 5000. In
Lunar and Planetary Science Conference, page 2168, Mar 2008.
Randy L. Korotev, Bradley L. Jolliff, Ryan A. Zeigler, Jeffrey J. Gillis, and Larry A. Haskin.
Feldspathic lunar meteorites and their implications for compositional remote sensing of the
lunar surface and the composition of the lunar crust. Geochimica et Cosmochimica Acta, 67 :
4895–4923, Dec 2003. doi : 10.1016/j.gca.2003.08.001.
R. J. Macke, D. T. Britt, W. S. Kiefer, A. J. Irving, and G. J. Consolmagno. Porosity, Magnetic
Susceptibility and Density of Lunar Meteorites. Meteoritics and Planetary Science Supplement,
74 :5093, Sep 2011.
L. Saint George. Rapport de stage de M1 : analyse multi-techniques de météorites chondritiques
et lunaires. Université de Bordeaux, 2019a. doi : 10.13140/RG.2.2.12103.85925.
L. Saint George, M. Dobrijevic, A. Le Postollec, and Londeix. Mesure de la densité de plusieurs
météorites. Université de Bordeaux, 2019b. doi : 10.13140/RG.2.2.11523.04640.
Keizo Yanai and Hideyasu Kojima. Yamato-791197 : A lunar meteorite in the Japanese collection
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