Development of a high pressure high temperature cell in the Paris Edinburgh press for the measure of elastic properties and densities : Application on iron oxides

Développement d'une cellule haute pression haute température dans la presse Paris-Edimbourg pour la mesure de propriétés élastiques et de densité : Application sur les oxydes de fer.

Régis Debord (1)

1 LPMCN - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures

The aim of the present work was to develop a new experimental apparatus which allows the measurement of elastic properties by ultrasonic wave propagation under extreme conditions in the Paris-Edinburgh press. A numerical modelling of the sample environment has been realised by finite element method and leads to an appropriate conception with minimum thermal gradients. The measurements of the ultrasonic velocity on magnetite with the new dedicated apparatus lead us to the determination of the three elastic moduli and of the density under high pressure (6 GPa) and temperature (100°C). Similar measurement on wüstite for the elastic modulus C11 has been realised (6 GPa; 200°C). The abnormal behaviour under pressure (12 GPa) of the shear moduli of wüstite C44 and C' has been measured by neutron scattering and interpreted as pre-transitional phenomena of the para-antiferromagnetical transition

L'objectif de ce travail de thèse a été de mettre en place un dispositif expérimental permettant la mesure des propriétés élastiques sous conditions extrêmes par propagation d'onde ultrasonore dans la presse Paris Edimbourg. La modélisation numérique du volume expérimental par la méthode des éléments finis a conduit à une conception appropriée assurant une température homogène. Les mesures de vitesse ultrasonore effectuées sur la magnétite avec la cellule optimisée ont permis la détermination des modules élastiques et de la densité sous haute pression (6 GPa) et température (100°C). Pour la wüstite sont présentées des mesures ultrasonores sous pression (6 GPa) et température (200°C) du module de compression C11. Le comportement anormal en pression (12 GPa) des constantes élastiques C44 et C' de la wüstite mesuré par diffusion inélastique de neutrons est interprété comme un phénomène pré-transitionnel à la transition para-antiferromagnétique.

Mots clés: Eléments finis; Elasticité; Densité; Pression; Température; Diffraction de rayons X; Diffusion inélastique de Neutrons; Finite element; Elasticity; Density; Pressure; X-ray Diffraction; Neutron Scattering

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Régis Debord. Développement d'une cellule haute pression haute température dans la presse Paris-Edimbourg pour la mesure de propriétés élastiques et de densité : Application sur les oxydes de fer.. Mécanique [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00189118⟩