Nanoanalysis by 4D-STEM of poorly crystallized materials : developments and application to astromaterials

Nanoanalyse par 4D-STEM de matériaux faiblement cristallisés : développements et application aux astromatériaux L'objectif scientifique principal de cette thèse est d'explorer la microstructure des fragments de météorites et d'astéroïdes. Plus précisément, elle se concentre sur des échantillons de l'astéroïde de type C Ryugu, collectés par la mission spatiale Hayabusa2 de l'agence spatiale japonaise JAXA, ainsi que sur la chondrite carbonée d'Orgueil, présentant des similarités avec Ryugu. La nanostructure de ces échantillons offre un aperçu précieux sur la composition et l'histoire évolutive du système solaire précoce. Cependant, les méthodes de caractérisation traditionnelles sont limitées dans leur capacité à cartographier efficacement les phases minéralogiques et à comprendre pleinement leur structure complexe à l'échelle nanométrique.Par conséquent, il devient nécessaire de surpasser les méthodes actuelles de caractérisation pour étudier ces échantillons. Cet impératif est satisfait grâce à l'utilisation de la microscopie électronique en transmission à balayage en quatre dimensions (4D-STEM), qui, grâce à des avancées remarquables dans les technologies de détection des électrons, est devenue un outil puissant pour capturer dans le même temps des informations spatiales et structurales des assemblages nanométriques dans les matériaux. En tirant parti des avantages uniques du 4D-STEM et des techniques de traitement des données, cette étude vise à fournir une analyse complète des microstructures et des phases minérales des échantillons, en mettant particulièrement l'accent sur les phyllosilicates.Deux méthodes distinctes à base de 4D-STEM permettant l'identification et la cartographie des phases minéralogiques dans les échantillons météoritiques de Ryugu et d'Orgueil ont été développées. La première est une approche directe basée sur l'indexation d'un profil de diffraction global pour cartographier les différentes phases minérales, et qui sera largement utilisée dans cette thèse, tandis que la seconde est basée sur une méthode numérique d'apprentissage non supervisé. Les deux méthodes produisent des résultats comparables. Ces développements ont posé les bases pour des explorations plus fines des échantillons de Ryugu et d'Orgueil. L'identification de la lizardite comme le principal polymorphe de serpentine dans les échantillons de Ryugu indiquait une altération aqueuse se produisant à basse température, tandis que l'observation de variations dans l'espacement interfoliaire des smectites révélant une hétérogénéité submicrométrique, a fourni des perspectives précieuses sur l'association étroite des organiques avec les minéraux argileux de type smectite dans Ryugu. En outre, malgré les défis liés aux dommages causés par le faisceau électronique dans les échantillons d'Orgueil, on identifie et cartographie correctement les minéraux présents dans sa matrice phyllosilicatée. Nos résultats sur Orgueil suggèrent que les sulfates de calcium dans la matrice sont très probablement présents sous forme d'anhydrite ou de bassanite.Les progrès réalisés ici devraient poser les bases pour de futures investigations sur les objets extraterrestres nécessitant une caractérisation structurale fine, le 4D-STEM étant prévu de faire des contributions significatives dans ces efforts.