Caractérisation des dislocations in situ dans les minéraux sous haute pression

In situ study of dislocations in high pressure minerals

• Auteur / Autrice : Carole Nisr
• Direction : Patrick Cordier, Sébastien Merkel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Matériaux
• Date : Soutenance le 01/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes sismiques

Rayons X -- Diffraction

Plasticité

Silicates

Effets des hautes pressions

Roches -- Déformation

Anisotropie

Limite noyau-manteau

Mots clés libres

Post-perovskite

Cellule à enclumes diamants

Analyse fine des profils de pics de diffraction

Résumé

La plupart des processus géologiques affectant la surface de la Terre sont le reflet des mouvements de convection au sein du manteau terrestre. Ces mouvements sont essentiellement gouvernés par le fluage par dislocations des silicates du manteau et sont à l'origine d'une anisotropie des vitesses des ondes sismiques. Cependant, les mécanismes de déformation de ces minéraux sont mal connus. Les conditions dans les couches les plus profondes sont extrêmes; la température y atteint plusieurs milliers de degrés et la pression est plus d’un million de fois supérieure à la pression atmosphérique. La détermination expérimentale de la plasticité de ces minéraux nécessite des expériences de déformation sous hautes pression et température. Les mécanismes de déformation sont généralement déterminés à partir d'expériences en cellule à enclumes diamants permettant d'atteindre les conditions de pression et de température du manteau. L'objectif de cette thèse visait à développer une nouvelle technique permettant d'étudier les dislocations in situ dans les grains d’un polycristal sous haute pression, directement à partir de leur effet sur les raies de diffraction X. De ce fait, nous avons combiné la diffraction X tridimensionnelle (3D-XRD) à la méthode d'analyse des profils de pics de diffraction (XLPA, X-ray Line Profile Analysis). Les travaux de cette thèse ont été appliqués à la post-perovskite, présente dans la couche D'' à l'interface noyau-manteau et à la stishovite, présente principalement dans les plaques en subduction. Les résultats obtenus sont utiles à la compréhension et la modélisation des mouvements de convection et du développement d'anisotropie sismique dans le manteau.

The Earth mantle and inner core are submitted to large scale movements of solid materials. The physical process allowing the flow of solid materials is connected to plastic properties and, in particular, dislocations. It is the source of seismic wave velocities anisotropy. However, the deformation mechanisms of deep Earth minerals are poorly understood. Deep in the Earth’s interior, minerals are under extreme conditions; the temperature reaches several thousand degrees and the pressure is more than one million times the atmospheric pressure. The experimental study of the plasticity of those minerals requires deformation experiments under high pressure and temperature. High pressure phenomena are often determined from experiments using diamond anvil cell to reach the conditions of pressure and temperature of the mantle. The objective of this thesis was to develop a new technique for studying dislocations in situ in grains inside a polycrystal under high pressure, directly from their effect on the X ray diffraction profiles. To do so, we combine three-dimensional X-ray diffraction (3D-XRD) to X ray Line Profile Analysis method (XLPA). The development done in this thesis was applied to post-perovskite, the main constituent of the D'' layer at the core-mantle boundary and to stishovite, present mainly in subducting slabs. The results obtained are useful for understanding and modeling of convection and the development of seismic anisotropy in the mantle.