• Langue : Français
• Discipline : Sciences physiques
• Identifiant : Inconnu
• Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
• Date de soutenance : 01/01/2005

Résumé en langue originale

La plupart des roches de la Terre et des planètes telluriques sont constituées de silicates. Les propriétés thermodynamiques et de déformation plastique (rhéologiques) de ces minéraux sont donc à l'origine des grands processus géologiques et géodynamiques, tels que la fusion du manteau terrestre produisant les magmas observés en surface, et la convection thermique du manteau, moteur de la tectonique des plaques. La première partie de cette thèse porte sur une étude expérimentale du phénomène de fusion partielle précoce (FPP) dans les pyroxènes (Mg,Ca,Fe)SiO3 et l'olivine (Mg,FehSiO4, les constituants principaux du manteau supérieur terrestre. Cette fusion se caractérise par l'exsolution sous les solidus conventionnels d'une phase amorphe riche en silice, sous forme de micro-précipités. La caractérisation morphologique et chimique des précipités en microscopie électronique en transmission (MET) permet leur interprétation en termes de chimie des défauts ponctuels. Il apparaît que la FPP résulte d'une sursaturation en lacunes cationiques, elle-même résultant de l'augmentation des fugacités d'oxygène et/ou d'hydrogène dans l'environnement des cristaux. Dans la nature, la FPP pourrait modifier la composition des inclusions vitreuses observées dans les nodules ultrabasiques mantelliques (morceau du manteau) remontés lors d'éruptions volcaniques. Dans cette partie, les équilibres fer/olivine et silice/sillimanite Al4+xSi2-2xOI0-x sont également abordés par des approches similaires (expériences - caractérisation en MET- chimie des défauts). Ces deux équilibres sont importants lorsque l'on s'intéresse à la formation du noyau métallique des planètes telluriques et à la mullitisation de la sillimanite. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude à très haute pression (jusqu'à 10 GPa) de la plasticité de l'olivine et du grenat pyrope Mg3Al2Si3O12, un autre constituant important du manteau supérieur. Cette étude expérimentale ne fut réalisable que par le couplage récent de presses gros volume au rayonnement x synchrotron. La contrainte appliquée et la déformation des échantillons sont alors mesurées in situ, respectivement par diffraction des rayons x et radiographie. Il apparaît que les caractéristiques de la plasticité du grenat pyrope et de l'olivine (lois rhéologiques), obtenues pour la première fois aux pressions et température du manteau, sont comparables. Il apparaît aussi que l'olivine se déforme dans le manteau par glissement de dislocations assisté de recristallisation dynamique, et que la pression n'a qu'un effet limité sur les lois rhéologiques correspondantes (faible volume d'activation dans le terme d'Arrhenius). Il apparaît enfin que l'activité des dislocations de vecteur de Burgers [001] augmente avec la pression et est dominante dès 140 km de profondeur dans les zones de subduction (à basse pression les dislocations [100] sont dominantes). Ces observations impliquent que la viscosité du manteau est non newtonienne (dépend de la contrainte). Elles impliquent par ailleurs une révision de l'interprétation de l'anisotropie de vitesse simisque observée dans le manteau. Celle-ci, résultant des orientations préférentielles de réseau cristallin (OPRs) dans les roches déformées, est utilisée pour caractériser le tenseur des contraintes dans la Terre. Le changement du mécanisme dominant la plasticité de l'olivine (glissement [100] à basse pression et [001] à haute pression) change les OPRs dans les roches déformées sous haute pression, et donc notre compréhension de la plasticité du manteau à partir des données d'anisotropie de vitesse sismique.