• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Milieux denses, matériaux et composants
• Identifiant : 2021LILUR050
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 20/10/2021

Résumé en langue originale

La microstructure des roches est caractéristique des conditions de pression, de température et de déformation qu'elles subissent. Dans le manteau terrestre, les microstructures affectent la forme des signaux sismiques en générant, par exemple, de l'anisotropie sismique. L'interprétation des mesures sismiques en terme de microstructures demande, en revanche, de connaître les mécanismes de déformation plastique des minéraux qui composent le manteau.Dans cette thèse, j'utilise des expériences en laboratoire pour étudier les microstructures qui peuvent apparaître dans les minéraux du manteau. Je me concentre sur trois cas : la déformation du périclase MgO à haute pression et haute température, la transformation de l'olivine (Mg,Fe)2SiO4 en wadsleyite aux conditions de la discontinuité à 410 km de profondeur dans le manteau, et la déformation de la wadsleyite à haute pression et haute température.J'identifie les microstructures produites dans des polycristaux pendant les expériences de déformation / transformation à travers des analyses in-situ par diffraction des rayons-X en utilisant la diffraction sur poudre et la cristallographie multigrain, et post-mortem par microscopie électronique à balayage et en transmission. Mes résultats montrent, entre autres : i) que l'augmentation de la température implique une transition de mécanisme de déformation dans le périclase polycristallin, avec du fluage dislocation à basse température et du glissement aux joints de grain à 1270 K, ii) que dans le régime de fluage dislocation les systèmes de glissement dominants changent en fonction de la pression et la température, iii) qu'aux conditions de la discontinuité à 410 km de profondeur, la transformation de l'olivine en wadsleyite n'est pas martensitique et donc détruit les microstructures de la roche parent, et iv) que l'activité des systèmes de glissement dans la wadsleyite, et donc la texture et l'anisotropie sismique, dépend de la température et de la teneur en eau de la wadsleyite.Pour finir, à partir des microstructures observées dans la wadsleyite déformée, je modélise les observables sismiques dans différents scenarii, une zone de subduction et un panache mantellique, et les compare aux observations sismiques de littérature pour discuter ces résultats de minéralogie expérimentale.

Résumé traduit

The microstructure of rocks depends on the conditions of pressure, temperature and deformation they undergo. In the Earth's mantle, microstructures affect the seismic signals, in the form of seismic anisotropy, for instance. The interpretation of seismic observations in terms of microstructures, however, requires a good knowledge of plastic deformation in mantle minerals.In this thesis, I am using laboratory experiments to investigate the microstructures that can form in mantle's minerals. I am focusing on three cases: the deformation of periclase at high pressure and high temperature, the transformation of (Mg,Fe)2SiO4 olivine in wadsleyite at conditions relevant for the 410 km depth discontinuity in the mantle, and the deformation of wadsleyite at high-pressure and high-temperature.I identify microstructures in polycrysals resulting from deformation / transformation experiments using in-situ X-rays diffraction analysis using powder diffraction and multigrain crystallography, and post-mortem scanning and transmission electron microscopy characterization. My results show: i) that an increase of temperature induces a transition of dominant deformation mechanism in polycrystalline periclase, with dislocation creep at low temperatures and grain boundary sliding at 1270 K, ii) that an increase of pressure and temperature induces change of dominant slip systems in periclase, iii) that at conditions of the 410 km depth discontinuity, the transformation from olivine to wadsleyite is not martensitic and then erases the microstructures of the parent rocks, and iv) that the activity of the slip systems in wadsleyite, and so the texture and anisotropy, depend on the temperature and the water content of wadsleyite.Finally, from the microstructures observed in the deformed wadsleyite, I simulate seismic observables in different scenarii, a subduction zone and a mantle plume, and compare the results to seismic anisotropy from the literature to discuss the predictions of the mineralogy experiments.