Les Météorites
TPE 1ère S SVT
Anne-Lise CACHAU, Huu Phuc PHAM et Lucas POQUET
Lycée Pierre Paul Riquet St Orens de Gameville (31)
b) Quelle expérience faut-il conduire?
Cette technique de datation se réalise en plusieurs étapes :
- dissolution d’une partie de la météorite ;
- séparation chimique des éléments de la météorite ;
- mesures isotopiques et mesures des concentrations en éléments père et fils à l'aide d'un spectromètre de masse ;
- calcul de la différence d'âge entre la météorite et un corps référentiel.
L’accomplissement de la datation nécessite un travail de plusieurs semaines. Il nous était donc impossible de la réaliser entièrement. Nous avons donc effectué deux étapes-clés :
- 1/ la séparation des éléments
- 2/ le calcul de l’âge de la météorite par rapport au début du système solaire.
1 ère étape : séparer les éléments constituant les météorites dans le but de mesurer les isotopes du nickel.
Cette vidéo résume notre expérience :
Explications complémentaires :
Pour cela, nous sommes allés dans une salle blanche de l'Observatoire pour étudier trois météorites de fer (déjà en solution) :
- Toluca ;
- Tallawah Valley ;
- Duel Hill.
Cette salle doit rester au maximum stérile. Par conséquent, les gants,la blouse couvrant la tête, les lunettes ainsi que des sabots spécifiques sont obligatoires.
La datation des météorites s'établit à partir des ions nickel. Il faut donc isoler ces ions.
Matériel utilisé :
- une pipette-auto
- 12mL d'eau échangeuse d'ions,
- six béchers
- de l'ammoniaque
- de la diméthyl-glyoxime
- 12mL d'acide chlorhydrique
- trois colonnes contenant une résine permettant de séparer les éléments chimiques
Nous sommes en présence de six colonnes (les trois autres serviront de tests). Chacune d'elles contenant 2mL résine. Nous nettoyons les colonnes à l'aide de 2mL d'acide chlorhydrique qui entraînent sur leur passage les impuretés contenues dans la résine.
Un bécher placé dessous récupère la solution qui est jetée.
Nous versons, à l'aide d'une pro-pipette, les échantillons de météorites en solution dans de l'acide chloridrique HCl.
Pour Duel Hill : la résine se colore en vert et orange. La solution récupérée dans le bécher est vert pâle.
Pour Tawallah Valley : la résine se colore également en vert et orange. Cependant ces couleurs restent plus pâles que celles obtenues sur Duel Hill.
Pour Toluca : nous retrouvons les mêmes couleurs mais encore plus pâles.
Conclusion : des ions se sont séparés grâce à la résine dans la colonne (comme sur une chromatographie).
Une fois que les premières fractions d'élution de couleur verte se trouvent dans les différents béchers (que nous appellerons solution 1), nous cherchons à identifier les ions présents.
Nous avons placé un autre bécher sous chaque colonne afin de récupérer les ions retenus par la résine. Pour cela, nous avons ajouté 4mL d'eau dans chaque colonne. Les nouvelles fractions d'élution (que nous appellerons solution 2) sont de couleur orange : foncé pour Duel Hill, plus clair pour Tawallah Valley et encore plus clair pour Toluca. Chaque couleur correspond à un ou plusieurs éléments chimiques.
A ce stade, nous émettons quelques hypothèses :
Sachant que nos trois météorites sont des météorites de fer, leurs composants essentiels sont donc le fer et le nickel. Par conséquent, nous pensons que la couleur verte (solution 1) serait due à la présence d'ions nickel et la couleur orange (solution 2) à celle d'ions fer.
Solution 1 (couleur verte) : nous cherchons à détecter des ions fer : nous utilisons de l'ammoniaque qui, en présence de fer, crée un précipité noir ou une coloration jaune (suivant les quantités d'ions fer).
Résultat : la solution 1 de nos trois météorites ne réagit pas, il n'y a donc pas d'ion fer dans ces béchers.
Solution 1 : nous cherchons à détecter des ions nickel : nous utilisons du diméthylglyoxime qui, en présence d'ions nickel, crée un précipité rose fushia en milieu basique (8<pH<9). Par conséquent, nous vérifions le pH de notre solution (ici acide) et l'ajustons en rajoutant de l'ammoniaque
Conclusion : la couleur verte de la solution 1 des trois météorites est due à la présence d'ions nickel.
Pour la solution 2 : nous avons procédé aux mêmes étapes pour chaque météorite.
Lors de notre test concernant les ions fer (avec l'ammoniaque), il est apparu une coloration jaune foncé à chaque fois, ce qui nous prouve, la présence d'ions fer dans cette solution.
Lors de notre test concernant les ions nickel (avec le diméthylglyoxime), la solution 2 de chaque météorite n'a pas réagi.
Conclusion : la couleur orange de la solution 2 des trois météorites est due à la présence d'ions fer.
Résultat : un précipité rose fushia apparaît pour chaque météorite : il y a donc des ions nickel dans cette solution 1
Bilan : nous avons prouvé que nos trois météorites étaient des météorites de fer et nous avons bien isolé les ions nickel des ions fer en vue d'établir leur datation.
Par cette expérience, nous avons séparé le fer et le nickel présents dans une météorite, et non l'hafnium et le tungstène, pour des raisons de sécurité. En effet, pour dissocier ces deux éléments chimiques, il faut utiliser de l'acide fluorhydrique, un réactif particulièrement dangereux puisqu'il attaque la peau et les os s'il pénètre dans le corps.
Pourquoi avoir utilisé du fer et du nickel pour cette expérience ?
Nous avons choisi de séparer ces deux types d'ions car leur principe de chromatographie est le même que pour l'hafnium et le tungstène. De plus, le système 60Fe-60Ni est un radiochronomètre à courte période (radioactivité éteinte, t1/2=2,62 millions d'années) permettant, comme le 182Hf-182W, de dater des météorites.