Développement de nouveaux outils informatiques permettant de modéliser les équilibres de phases en système ouvert

Development of new software tools for phase equilibria modelling of open systems

• Auteur / Autrice : Matthew Mayne
• Direction : Jean-François Moyen, Gary Stevens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre, Pétrologie
• Date : Soutenance le 03/12/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Magmas et Volcans
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Jury : Président / Présidente : Richard William White
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Lanari, Annika Dziggel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucie Tajcmanova

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles en géologie

Pétrologie

Métamorphisme (géologie)

Mots clés libres

Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

Métamorphisme

Rcrust

Transferts de matière

Modélisation des équilibres de phases

Assemblage minéralogique

Outil informatique

Equilibres de phases

Système ouvert

Rcrust

Metamorphism

Mass transfer

Crustal differentiation

Phase equilibrium modelling

Open system

Effective bulk composition

Software tool

Résumé

Le métamorphisme est un phénomène majeur affectant la distribution des phases minérales au sein de la croûte continentale et participant à sa stabilisation. L’étude des processus métamorphiques est donc essentielle pour comprendre la formation et l’évolution de la Terre. Ces processus exercent un contrôle sur le potentiel de préservation des roches à sa surface et nous renseignent entre autres sur les conditions de pression–température régnant en profondeur. Ils contrôlent également la production et le stockage de fluides au sein de la croûte ce qui influence les cycles géochimiques au sein de la lithosphère, de l’hydrosphère et de l’atmosphère et a, de fait, des implications importantes sur le climat et l’apparition de la vie sur Terre. La principale source de variabilité au sein de ces systèmes correspond à des changements de composition chimique résultant eux-mêmes de transferts de matière. Les techniques modernes de modélisation quantitative des équilibres de phases permettent de calculer l’assemblage minéralogique stable au sein d’un système à l’équilibre pour lequel les paramètres pression, température et composition chimique sont connus. Ceci étant, les programmes informatiques actuels ne possèdent que de fonctionnalités limitées pour modéliser et appréhender les conséquences de changements de composition chimique du système au cours du métamorphisme. Un nouvel outil informatique (Rcrust) a été développé pour permettre de calculer l’assemblage minéralogique stable dans un système soumis à des variations de composition lors de son évolution dans l’espace multidimensionnel pression–température–composition chimique.

The investigation of metamorphic processes in the Earth’s crust is integral to understanding the formation and evolution of the Earth. These processes control the preservation potential of the geochronological rock record and give us insight into, amongst others, the pressure and temperature conditions of the Earth’s interior. Further, they control fluid generation and consumption within the crust which influences global geochemical cycles within the lithosphere, hydrosphere and atmosphere. This has important implications on the global climate and the creation of conditions conducive to life. The dominant mechanism of change both within and between these systems are compositional changes invoked by processes of mass transfer. Modern quantitative phase equilibrium modelling allows the calculation of the stable phase assemblage of a rock system at equilibrium given its pressure, temperature and bulk chemical composition. However, current software programs have limited functionalities for the sophisticated handling of a changing bulk composition. A new software tool (Rcrust) has been developed that allows the modelling of points in pressure–temperature–bulk composition space in which bulk compositional changes can be passed between points as the system evolves.