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Theses

The transport properties of Earth’s upper mantle materials : insights from in situ HP-HT experiments

Résumé : Les propriétés de transport des roches mantelliques sont des paramètres importants pour interpréter aussi bien qualitativement que quantitativement les informations géophysiques, telles que la vitesse des ondes sismiques, les flux de chaleurs et les profils magnétotelluriques terrestres. L’origine des anomalies géophysiques du manteau supérieur, comme la zone de faible vitesse (LVZ ; 70-150km de profondeur) et le niveau de faible vitesse (LVL ; 350-410 km de profondeur), est peu renseignée et demande des contraintes expérimentales. Au cours de cette thèse, nous avons étudié les propriétés électriques, sismiques et thermiques des péridotites solides et partiellement fondues via le développement de techniques géophysiques in situ. Nos expériences à hautes pressions et températures, en presse multi-enclumes, nous ont permis d’établir les effets de la fusion sur ces différentes propriétés physiques aux conditions mantelliques. Nous avons, pour la première fois, réalisé des mesures combinées de conductivité électrique et de vitesses des ondes sismiques en une seule et même expérience. Grâce à cette technique, nous avons réconcilié les mesures du taux de fusion impliquées dans la LVZ estimées par les deux signaux géophysiques avec 0.3-0.8%vol de fusion partielle. L’équilibre textural entre les phases liquides et solides s’est révélé être fondamental pour la comparaison des mesures en laboratoire. Nous avons ensuite procédé à la première reproduction de fusion par déshydratation durant l’ascension des péridotites hydratées depuis la zone de transition mantellique vers le manteau supérieur (entre 12 et 14 GPa). Au cours de la fusion partielle, les signaux sismiques et électriques mesurés sont comparables aux observations géophysiques confirmant l’hypothèse de fusion au niveau de la LVL. Les taux de liquides impliqués à la base du manteau supérieur seraient alors modestes (< 2 %vol). La composition des magmas produits précise le rôle de filtre chimique de ce niveau situé entre les manteaux supérieur et profond. La densité estimée du magma confirme sa flottabilité neutre, favorisant la stabilité de ce niveau au cours des temps géologiques. Les analyses des éléments volatils et les modélisations des transferts d’hydrogène prouvent que ce niveau est un réservoir potentiel d’eau profond et favorise l’hypothèse d’une hydratation par la base du manteau supérieur. Enfin, des méthodes de mesure de diffusivité thermique (Angström, pulse) ont été adaptées à la presse multi-enclumes du LMV. Des procédures de traitement et des modélisations des transferts thermiques ont été développées Les premières mesures de diffusivité thermique de verres et liquides réalistes aux conditions mantelliques ont pu ainsi être réalisées. De plus, la caractérisation d’échantillons aux structures variées a pu être effectuée à l’aide de la méthode Angström (périclase, olivine, péridotite partiellement fondue).
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02515882
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, March 23, 2020 - 4:25:16 PM
Last modification on : Tuesday, March 24, 2020 - 1:46:45 AM
Document(s) archivé(s) le : Wednesday, June 24, 2020 - 3:14:13 PM

File

2019CLFAC058_FREITAS.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02515882, version 1

Citation

Damien Freitas. The transport properties of Earth’s upper mantle materials : insights from in situ HP-HT experiments. Earth Sciences. Université Clermont Auvergne, 2019. English. ⟨NNT : 2019CLFAC058⟩. ⟨tel-02515882⟩

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