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Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II (24/06/2011), Denis Andrault (Dir.)
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Etude expérimentale des propriétés de fusion du manteau inférieur
Giacomo Lo Nigro1

Au cours de la dernière phase d'accrétion, les planètes terrestres ont connu des impacts géants violents et très énergétiques. A la suite du chauffage causé par les impacts, la Terre primitive était partiellement ou totalement fondue, et un océan magmatique a été formé dans la couche externe de la Terre. Le refroidissement successif de l'océan magmatique a causé la cristallisation fractionnée du manteau primitif. Cependant, il reste beaucoup d'incertitudes à propos de l'accrétion de la Terre primitive, comme la profondeur et la durée de vie d'un (ou plusieurs) océan(s) magmatique(s), l'effet de la recristallisation du manteau sur la ségrégation chimique entre les différents réservoirs de la Terre et ainsi de suite. La connaissance des propriétés de fusion du manteau profond est important aussi pour examiner la possibilité d'une fusion partielle actuellement. L'objectif était d'aborder quelques problèmes concernant le manteau inférieur terrestre : Quelle est la séquence de fusion entre les phases dominantes dans le manteau inférieur ? Est-ce qu'on peut expliquer la zone à ultra-basse vélocité (ULVZ) avec la fusion partielle d'un manteau pyrolytique (ou chondritique) ? Quel est le partage du fer entre les phases silicatées liquides et solides dans le manteau profond ? Est-ce qu'on peut donner des informations nouvelles sur les propriétés d'un océan magmatique profond à partir des courbes de fusion du manteau primitif ? Dans cette étude les courbes de fusion et les relations de fusion ont été analysées en utilisant la cellule à enclume de diamant chauffé au laser (LH-DAC) pour des pressions entre 25 et 135 GPa et des températures jusqu'à plus que 4000 K, i.e. pour des conditions de P-T qui correspondent au manteau inférieur terrestre entier. Les compositions utilisées ont été le raccord entre MgO et MgSiO3 et une composition de type chondritique pour le manteau terrestre. J'ai utilisé deux techniques in-situ de radiation-synchrotron pour déduire les propriétés de fusion à hautes pressions ; la diffractométrie au rayons-X et la fluorescence au rayons-X. Les nouveaux résultats obtenus dans cette étude sont : (...)
1:  LMV - Laboratoire Magmas et Volcans
Laboratoire Magmas et Volcans
Fusion partielle – Courbes de fusion dans le manteau inférieur – Propriétés de l'océan magmatique – Relations des phases – Expériences de hautes pressions – Coefficients de partage – Fer

Experimental investigation of the deep mantle melting properties
During the final stage of accretion, terrestrial planets experienced violent and highly energetic giant impacts. As a consequence of impact heating, the early Earth was partially or wholly molten, forming a magma ocean in the outer layer of Earth. Subsequent cooling of the magma ocean has led to fractional crystallization of the primitive mantle. Many unknowns remain about accretion of the early Earth, such as extension depth and life time of the magma ocean(s), role of mantle recrystallization on the chemical segregation between the different Earth reservoirs, and so on. The knowledge of melting properties of the deep mantle is also important to investigate the possibility of partial melting at the present time. The aim of this study was to tackle a few major questions concerning the Earth lower mantle : What is the melting sequence between the main lower mantle phases ? Can we explain the ultra-low-velocity zones (ULVZ) by partial melting of pyrolitic (or chondritic) mantle ? How does iron partition between liquid and solid silicate phases in the deep mantle ? Can we provide new information on the properties of the deep magma ocean based on the melting curve of the primitive mantle ? Melting curves and melting relations have been investigated using the laser-heated diamond anvil cell (LH-DAC) for pressure between 25 and 135 GPa and temperature up more than 4000 K, i.e. at P-T conditions corresponding to the entire Earth's lower mantle. Compositions investigated were the join between MgO and MgSiO3 and a model chondritic-composition for the Earth mantle. Two different in situ synchrotron radiation techniques have been used to infer melting properties at high pressures ; X-ray diffraction and X-ray fluorescence spectroscopy. The new results obtained in this study include : (...)
Partial melting – Lower mantle melting curves – Properties of the magma ocean – Phase relations – High-pressure experiments in LH-DAC – Partition coefficients – Iron