Etude ab initio de la silice et de la silice hydratée pendant les impacts géants
Auteur / Autrice : | Renata Brandelli Schaan |
Direction : | Razvan Caracas |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de l'univers |
Date : | Soutenance le 02/09/2022 |
Etablissement(s) : | Lyon, École normale supérieure |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....) |
Jury : | Président / Présidente : Isabelle Daniel |
Examinateurs / Examinatrices : Razvan Caracas, Isabelle Daniel, Marc Blanchard, Dimitri A. Sverjensky, Chloé Michaut, Mathieu Roskosz | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Blanchard, Dimitri A. Sverjensky |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
La théorie de la formation de la Lune par un impact geant a été proposée pour la première fois en 1975 par Hartmann et Davis. À ce jour, c'est toujours la théorie qui prévaut pour expliquer les aspects uniques concernant le système Terre-Lune. Bien que acceptée dans la communauté scientifique, cette théorie fait encore débat quant aux conditions de l'impact et au scénario qui en résulte.Ilest toujours difficile d'englober dans une solution unique les aspects problématiques de l'équilibrage chimique qui ont eu lieu après l'impact. Différents modèles d'impact ont été proposés au fil des ans afin de résoudre les problèmes susmentionnés. Ces modèles s'appuient souvent sur des équations d'état pour décrire le comportement des matériaux présents sur la Terre et la Lune. Les équations d'état {EOS) décrivent la distribution des phases des matériaux et sont utilisées sur des modèles de collision basés sur des simulations hydrodynamiques pour prédire la composition finale. L'utilisation d'EOS précis conduit à des modèles chimiques post-impact plus corrects où les phases peuvent être estimées correctement. La majorité des minéraux présents sur les corps rocheux du système solaire sont à base de Si02 et sont les éléments constitutifs de la Terre et de la Lune. En termes de composition, Si02 représente plus de 44% des mare basaltes et des hauts plateaux lunaire, et environ 45% du manteau primitif de la Terre. Bien que similaires dans certaines parties de leur composition, la Lune et la Terre diffèrent considérablement en ce qui concerne la présence d'éléments volatils, où H20 est sans doute le plus pertinent. L'apport d'énergie donné par le grand impact estsuffisant pour faire fondre et vaporiser les minéraux silicatés. Il produit une atmosphère silicatée, où les propriétés physico chimiques et les signatures géochimiques du scénario résultant dépendent du fractionnement liquide-vapeur. La présence de volatils peut modifier le comportement des équations d'état typiques des matériaux silicatés et éventuellement être responsable de l'augmentation de la quantité de vapeur et de matériau supercritique dans de telles conditions. Nous visons à construire des équations d'état pour le système binaire Si02-H20 et ensuite à étudier les propriétés structurelles et de transport d'un tel système, en comparant le comportement des principaux éléments dans différentes conditions. Nous utilisons des méthodes de dynamique moléculaire ab initio (AIMD) où les forces et l'énergie sont calculées avec la théorie fonctionnelle de la densité telle qu'implémentée dans le package VASP. Nous commençons par construire une supercellule contenant 72 molécules de Si02 et décrivons son comportement sous des températures de 4000 à 7000 K et des densités de 0,2 à 2,33 g/cm3. Nous suivons en insérant 9, 18, 36 et 72 molécules H20 à l'intérieur de la supercellule Si02 pour obtenir quatre rapports Si02-H20 différents et comparer les changements dans le comportement thermodynamique ainsi que les effets potentiels sur les propriétés structurelles et de transport élémentaires. Nous étudions les quatre systèmes à des températures de 2000,3000,4000 et 5000 K et des densités de 0,34 à 2,77 g/cm3 selon le système.Nous calculons le point critique de Si02 entre 5000 et 5500 K, de 0,6 à 0,85 g/cm3 et de 0,15 à 0,25 GPa. La présence d'eau a un effet direct sur le placement du point critique, le réduisant à plus de 2000 K dans des conditions spécifiques. Nos résultats montrent que les matériaux à l'état supercritique sont souvent sous-estimés dans les modèles hydrodynamiques de formation de la Lune, ce qui peut avoir un impact sur le mélange élémentaire dans le résultat de l'impact géant.