Stabilité et réactivité des carbonates à très hautes pression et température. Implications pour le stockage du carbone dans le manteau terrestre
Résumé
La teneur en C02 de l'atmosphère actuelle et son évolution au cours des temps géologiques dépend du cycle du carbone. Une bonne compréhension de ce cycle bio-gébchimique complexe passe par la connaissance du contenu des différents réservoirs (externes ou internes) impliqués et des flux entre eux. En particulier, pour rendre compte des concentrations universelles de carbone sur la terre, il faut considérer qu'il existe du carbone en quantité importante dans le manteau terrestre. Dans celui-ci, le carbone peut se trouver piégé sous différentes formes, et entre autres, dans les carbonates. Afin de tester cette hypothèse, nous avons étudié la stabilité et le comportement physico-chimique des carbonates dans les conditions de pression et de température du manteau supérieur et inférieur. Ces conditions, de 1 à 50 GPa, pour des températures comprises entre 1000 et 3000 K ont été obtenues à l'aide de cellules à enclumes de diamant. La spectroscopie Raman à haute pression ou haute température a permis de suivre in situ les modifications structurales de l'aragonite, de la calcite, de la dolomite et de la magnésite. Des synthèses expérimentales en cellule à enclumes de diamant chauffée par laser ont été réalisées. L'observation par microscopie électronique analytique en transmission des produits trempés a permis de montrer que les carbonates sont des phases stables dans les conditions du manteau. Le carbonate stable en présence de silicates du manteau est un carbonate magnésien ; il existerait dans le manteau en tant que phase individuelle de structure très probablement analogue à celle de la magnésite stable à basse pression / basse température, ou dans une solution solide de type MgO-MgC03' En conclusion, on peut estimer que les carbonates, et en particulier la magnésite, sont de potentielles phases hôtes du carbone dans la quasi totalité du manteau terrestre.