Thèse d'Estelle Ledoux

Thèse d'Estelle Ledoux  - laboratoire UMET

Transformation and deformation microstructures in the Earth's mantle : application to periclase and wadsleyite

Résumé :

La microstructure des roches est caractéristique des conditions de pression, de température et de déformation qu'elles subissent. Dans le manteau terrestre, les microstructures affectent la forme des signaux sismiques en générant, par exemple, de l'anisotropie sismique. L'interprétation des mesures sismiques en terme de microstructures demande, en revanche, de connaître les mécanismes de déformation plastique des minéraux qui composent le manteau.

Dans cette thèse, j'utilise des expériences en laboratoire pour étudier les microstructures qui peuvent apparaître dans les minéraux du manteau. Je me concentre sur trois cas : la déformation du périclase MgO à haute pression et haute température, la transformation de l'olivine (Mg,Fe)2SiO4 en wadsleyite aux conditions de la discontinuité à 410 km de profondeur dans le manteau, et la déformation de la wadsleyite à haute pression et haute température.

J'identifie les microstructures produites dans des polycristaux pendant les expériences de déformation / transformation à travers des analyses in-situ par diffraction des rayons-X en utilisant la diffraction sur poudre et la cristallographie multigrain, et post-mortem par microscopie électronique à balayage et en transmission. Mes résultats montrent, entre autres : i) que l'augmentation de la température implique une transition de mécanisme de déformation dans le périclase polycristallin, avec du fluage dislocation à basse température et du glissement aux joints de grain à 1270 K, ii) que dans le régime de fluage dislocation les systèmes de glissement dominants changent en fonction de la pression et la température, iii) qu'aux conditions de la discontinuité à 410 km de profondeur, la transformation de l'olivine en wadsleyite n'est pas martensitique et donc détruit les microstructures de la roche parent, et iv) que l'activité des systèmes de glissement dans la wadsleyite, et donc la texture et l'anisotropie sismique, dépend de la température et de la teneur en eau de la wadsleyite.

Pour finir, à partir des microstructures observées dans la wadsleyite déformée, je modélise les observables sismiques dans différents scenarii, une zone de subduction et un panache mantellique, et les compare aux observations sismiques de littérature pour discuter ces résultats de minéralogie expérimentale.

Mots Clés : microstructures,déformation,transformation de phase