Cristallochimie des éléments traces dans les phases du manteau terrestre : applications de la spectroscopie de luminescence à haute pression et haute température

Trace element crystal-chemistry in terrestrial mantle phases : applications of luminescence spectroscopy at high pressure and high temperature

• Auteur / Autrice : Gilles Quérel
• Direction : Bruno Reynard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Minéralogie physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terre -- Manteau

Éléments traces

Cristallochimie

Résumé

La connaissance des coefficients de partage des elements traces a haute pression et haute temperature est aujourd'hui requise afin de tester les differents modeles geochimiques d'evolution du manteau terrestre. Etant donnees les difficultes inherentes a l'evaluation de ces coefficients de partage lors d'experiences d'equilibre dans differentes conditions (pression, temperature, composition chimique,. . . ), la modelisation de la distribution de ces elements traces est necessaire. Cependant, celle-ci passe par la comprehension des phenomenes microscopiques qui controlent l'incorporation de l'element. Ce travail a porte sur la determination des differents sites d'accueil du chrome trivalent dans des mineraux du manteau a partir de l'etude de sa luminescence. Cette spectroscopie de luminescence, mise en oeuvre a haute pression en cellule a enclumes de diamant, permet de suivre l'evolution des niveaux d'energie du cr#3#+ en fonction de la pression. Nous avons ainsi acquis des donnees de luminescence sur plusieurs phases cristallines de basse pression (spinelles, pyroxenes, forsterite), de haute pression (grenats, ilmenite, perovskites), et sur des verres silicates de composition chimique simple. Les resultats obtenus sur les mineraux montrent que le cr#3#+ s'incorporent majoritairement dans les sites octaedriques, necessitant, dans certains cas, une compensation locale des charges. Les mecanismes de substitution, mais aussi l'energie de stabilisation de l'element trace dans la structure, dependent alors fortement de la nature des cations disponibles pour assurer l'equilibre electrostatique. Dans les verres, nous mettons en evidence des variations importantes de la distribution de sites d'accueil en fonction de la composition chimique. La modelisation des parametres thermodynamiques qui participent au partage du chrome a partir de nos donnees de haute pression est alors discutee.