Études ab initio et dynamique moléculaire des propriétés structurales et thermodynamiques de la calcite et la witherite sous hautes pressions

Ab initio and molecular dynamics study of structural and thermodynamic properties of calcite and witherite at high pressures

• Auteur / Autrice : Aaeid Ayoub
• Direction : Ali Zaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 08/11/2010
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Roches carbonatées

Pseudopotentiels

Méthodes ab initio (chimie quantique)

Dynamique moléculaire

Transitions de phases

Chaleur de formation

Baryum -- Composés

Propriétés thermomécaniques

Calcite

Mots clés libres

Withérite

Witherite

Calcite

Résumé

Dans cette thèse nous faisons appel à deux méthodes performantes: la théorie de la fonctionnelle de la densité basée sur la méthode de pseudopotentiel, et la dynamique moléculaire afin de comprendre et d’analyser les différentes propriétés de la calcite et de la withérite. En particulier nous nous sommes focalisés sur les propriétés mécaniques et thermodynamiques de ces deux roches. L’ensemble des quantités évaluées (constante d’élasticité, module de compressibilité, chaleur spécifique,…) se comparent parfaitement avec l’expérimental ou constituent des prédictions fiables pour de futurs travaux sur ces roches. L’effet de haute pression hydrostatique montre, à travers un calcul de l’énergie totale et de l’enthalpie de formation, la transition vers de nouvelles phases structuralement différentes avec, par conséquent, des propriétés complètement nouvelles. En outre, les spectres de diffractions de rayon X calculés montrent encore une fois le bon accord de nos résultats avec les mesures expérimentales existantes, ce qui confirme la validité de la méthode et du potentiel utilisés. Par ailleurs, les nouveaux paramètres de potentiel développés dans cette thèse pour la dynamique moléculaire classique pourront permettre de futures études en la matière.

In this thesis we use two efficient methods: the density functional theory (DFT) based on pseudopotential method, and molecular dynamics to understand and analyze the different properties of calcite and witherite. In particular we focused on the mechanical and thermodynamic properties of these two rocks. The computed quantities (elastic constants, bulk modulus, specific heat, ...) compare well with the experimental or constitute reliable predictions for future work on these rocks. The effect of high hydrostatic pressure shows, through a calculation of total energy and enthalpy of formation, transition to new phases, which are structurally different and, consequently, with new properties. In addition, the calculated X-ray spectra show again the good agreement of our results with existing experimental measurements, confirming the validity of the method and the potential used. Moreover, new potential parameters developed in this thesis for the classical molecular dynamics will enable future studies in this area.