Mesure du coefficient d'autodiffusion du silicium 30 dans les silicates par micro-analyses nucleaires. Applications au quartz et au diopside

Measurement of atomic self-diffusion of silicon 30 in silicates by nuclear micro-analysis techniques. Applications to quartz and diopside

• Auteur / Autrice : Frédéric Béjina
• Direction : Olivier Jaoul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

La diffusion atomique intervient dans un grand nombre de processus physico-chimiques dans les silicates a haute temperature. Ces phenomenes sont alors souvent controles par l'espece migrante la plus lente, en l'occurence si pour les silicates. Mais ces donnees de diffusion du silicium sont rares, et n'existent pratiquement que pour l'olivine et la forsterite. Nous avons donc entrepris de mesurer les coefficients de diffusion du silicium dans le quartz et le diopside, en utilisant le traceur silicium 30. Pour analyser les profils de concentration tres courts (inferieurs a 1000 angstroms), nous avons fait appel a deux methodes de microanalyse nucleaire: la rbs (rutherford backscattering spectrometry) qui donne l'ensemble de la composition elementaire et isotopique du mineral, et une reaction nucleaire resonante, specifique au silicium 30. Des echantillons de quartz synthetique et de diopside naturel ont ete recouverts d'un film mince riche en silicium 30. Pour le quartz synthetique, des recuits ont ete realises entre 1350 et 1600 c pour des durees allant de 10 jours a 6 minutes, sous pression de confinement (2 gpa), et aussi a pression atmospherique. Les diopsides ont ete recuits entre 1040 et 1250 c pendant 1 mois a 4 jours, en atmosphere controlee et a pression ambiante. Les resultats deduits de nos analyses nucleaires donnent une energie d'activation de 746 kj/mole pour la diffusion du silicium dans le quartz, et 211 kj/mole dans le diopside. Les coefficients de diffusion montrent que, dans chacun de ces mineraux, si est l'espece diffusante la plus lente, a meme de controler, par exemple, la deformation plastique a haute temperature. Enfin, nous proposons un mecanisme de migration du silicium dans le quartz par des defauts de type frenkel (1 lacune de si associee a 1 interstitiel de si)