Soutenance de thèse de Lois Martinek

L’essentiel de l’eau contenue dans le manteau terrestre se trouve dans des minéraux nominalement anhydres, où l’eau n’est présente que sous forme de défauts ponctuels. Cette incorporation d’eau sous forme de défauts (OH)- dépend fortement des conditions de pression, de température, de la ƒO2, et de la composition des fluides présents. La pétrologie expérimentale permet d’accéder aux conditions de pression et de température du manteau et ainsi d’explorer les effets de différents paramètres sur la solubilité de l’eau dans les minéraux. La zone étudiée ici est le sommet de la zone de transition du manteau, située entre 410 et 670 km de profondeur. La limite à 410 km correspond à la transition de phase entre olivine et wadsleyite, dont les capacités de stockage de l’eau sont radicalement différentes (en conditions optimales, jusqu’à 0,9 % pour l’olivine et 3,3 % pour la wadsleyite).

L’objectif de cette étude est de contraindre les limites de solubilité de l’eau dans l’olivine et la wadsleyite vers 14 GPa, entre 1200 et 1400 °C, à trois tampons de ƒO2 différents  (Fe­­-FeO, Ni-­NiO et Re-­ReO2), et avec deux compositions de fluides différentes ( H2O et H2O+C2H2O4). Les expériences ont été réalisées en presse multi-enclumes en double capsules scellées pour préserver les fluides. Les échantillons ont ensuite été polis et analysés par MEB et microsonde électronique pour étudier leur composition. L’eau contenue dans les minéraux a été quantifiée par spectroscopie Raman, qui permet une résolution spatiale de l’ordre du micromètre. Le développement de cette méthode de quantification a été poursuivi dans cette étude pour l’olivine, et adapté à la wadsleyite. Les erreurs associées à ces mesures ont été identifiées et quantifiées grâce à l’étude de monocristaux d’olivine et de wadsleyite, où les spectres Raman ont été acquis en fonction de l’orientation du minéral. L’objectif a été de permettre la distinction entre les différentes sources d’erreur de mesure et l’anisotropie naturelle de ces minéraux, et d’observer l’effet de deux méthodes de mesures différentes sur les erreurs. Les facteurs de conversion liant les rapports OH/Si mesurés par spectroscopie à la concentration en eau sont de 93108±24118 pour l’olivine, 250868±45591 pour la wadsleyite de composition Fo89, et de 57546±13916 pour une wadsleyite à Fo100 (facteurs en ppm en masse d’eau).

Un important effet de la ƒO2 sur les températures de fusion a été observé dans les expériences sans carbone (baisse de 30 à 40 °C par unité log de ƒO2). Les teneurs en eau mesurées augmentent pour olivine et wadsleyite lorsque la température, ou la ƒO2, augmente, mais baissent drastiquement en présence de carbone ou de fusion, celle-ci étant favorisée par l’augmentation de température et de ƒO2. Les teneurs en eau mesurées s’échelonnent de 4600 à 18800 ppm pour la wadsleyite et de 350 à 2400 ppm pour l’olivine en absence de carbone, et de 1800 à 10900 ppm pour la wadsleyite et de 135 à 1030 ppm pour l’olivine en présence de carbone. Cette étude montre donc qu’en conditions réductrices ainsi que même en présence de carbone la teneur en eau aux conditions du bas du manteau supérieur reste substantielle.

Le jury présente sera composé de :

La soutenance sera suivie du traditionnel pot en salle Chaîne des Puys.