Modelisation thermochimique des proprietes de solides a hautes pressions et hautes temperatures. Applications geophysiques

Thermochemical modelling of properties of solids at high temperatures and high pressures. Geophysical applications

• Auteur / Autrice : Jan Matas
• Direction : Yanick Ricard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : École normale supérieure (Lyon ; 1987-2009)

Résumé

Plusieurs discontinuites sismiques ont ete identifiees dans le manteau terrestre. Elles sont supposees correspondre aux transitions de phase des mineraux mantelliques. Etudier la composition chimique en fonction de la profondeur et l'effet de ces transitions sur la dynamique globale necessite une connaissance precise des proprietes thermodynamiques des mineraux a toutes les conditions du manteau. Dans cette etude nous avons deux objectifs : 1) proposer une methode pour determiner de maniere coherente les proprietes des solides a hautes pressions et hautes temperatures, et 2) presenter une procedure permettant d'obtenir la composition chimique a l'equilibre thermodynamique. L'approche vibrationnelle est utilisee pour calculer les proprietes des carbonates. Les effets anharmoniques et volumiques sur les frequences de vibration des atomes sont explicitement introduits. L'etat d'oxydation du manteau inferieur induit par l'equilibre entre les carbonates et le diamant est calcule. Un code numerique base sur la minimisation de l'energie libre de gibbs est developpe pour calculer la composition chimiques a differentes pressions et temperatures. Les diagrammes de phase des solutions solides mantelliques sont proposes dans le systeme mgo, feo, cao, al#2o#3 et sio#2. Les modeles sont verifies en comparant les diagrammes calcules et observes. La composition et diverses proprietes physicochimiques du manteau sont obtenues en fonction de la profondeur. Les profils de densite et d'incompressibilite calcules sont en accord avec les observations sismiques. Finalement, la procedure de minimisation est utilisee pour etudier les processus metamorphiques dans les chondrites. Les equilibres entre les phases metalliques et silicatees sont calcules en fonction de la temperature et de l'etat d'oxydation. Pour etudier ces equilibres a hautes pressions, les parametres de l'equation d'etat du nickel et de l'oxyde de nickel sont determines experimentalement.