Structure et dynamique des polymorphes de silice a haute temperature : diffraction des rayons x et simulations theoriques

par Ekaterina Bourova

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace

Sous la direction de Pascal Richet.

Soutenue en 1998

à l'Institut de Physique du Globe (Paris) .

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  • Résumé

    Ce travail a ete consacre a trois polymorphes de la silice plus interessants de point de vue de comportement a haute temperature : le quartz, la cristobalite et la coesite dans le premier chapitre sont rappelees les implications geophysiques d'une telle etude. La deuxieme partie est consacree a l'etude experimentale de la dilatation thermique de ces polymorphes par la diffraction des rayons x a haute temperature en utilisant la technique de la cellule chauffante. On a observe la transition de phases de la cristobalite et du quartz. Par contre la coesite ne subite aucune transition jusqu'au 1800 k. Tous les polymorphes etudies manifestent une dilatation thermique tres faible et anisotrope. Les phases du quartz et de la cristobalite sont moins sensibles a l'augmentation de la temperature que les phases. On a ainsi observe une diminution du volume des phases avec la temperature a partir de 1200 k. Les resultats obtenus ont permis d'estimer la pente de la courbe de fusion de la cristobalite et du quartz dans les conditions ambiantes. Celle-ci est tres faible et negative pour la cristobalite. Dans la troisieme partie, les resultats experimentaux obtenus dans la partie precedente ont ete combine avec les donnees experimentales pour les pressions elevees d'autres auteurs. L'application d'une analyse thermodynamique a cet ensemble de donnees a permis d'obtenir l'evolution du volume de sio#2 liquide le long de la courbe de fusion et d'estimer la compressibilite des polymorphes de silice, ainsi que de rendre compte de la possibilite de les amorphiser par compression a temperature ambiante. La quatrieme partie presente la simulation numerique du quartz et de la cristobalite a haute temperature par minimisation de l'energie de configuration et par dynamique moleculaire. La premiere methode a permis de determiner la structure et les proprietes thermo-physiques des polymorphes aux temperatures moderees. Mais l'utilisation de cette technique est limitee par l'approximation quasi-harmonique des vibrations des atomes, qui n'est generalement pas adequate a haute temperature. Pour ces raisons, on a utilise la technique de dynamique moleculaire. On a observe l'evolution de la structure des polymorphes de la temperature ambiante jusqu'a la fusion. On a effectue une etude detaillee de la dynamique du desordre des phases.


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  • Détails : 277 P.
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