Thèmes de Recherche :

Pétrologie expérimentale. Intérieur des planètes.

PhD : Composition minéralogique et propriétés physiques du manteau Martien.

• Encadrants : Nathalie Bolfan-Casanova & Geeth Manthilake
• Parrain : Thierry Menand
• Financement : MESR

Résumé : 

Nous savons aujourd’hui que la composition du manteau Martien est plus riche en fer que le manteau terrestre (Mg#_Terre = 90 / Mg#_Mars = 75). Cela étant, des compositions modèles du manteau Martien ont été proposées dans la littérature, comme celles de (Dreibus and Wänke, 1985) et (Sanloup et al., 1999), obtenues à partir des compositions des météorites martiennes, des isotopes de l’oxygènes et des données cosmochimiques (Taylor et al., 2013 ; Yoshisaki et McDonough., 2019). Ces modèles permettent ainsi de donner une estimation minéralogique d’une Bulk Silicate Mars (manteau + croûte), mais les compositions différant selon les auteurs en termes de proportions minérales, il faut s’attendre à des profils sismiques sensiblement différents d’un modèle à un autre. De plus, nous connaissons mal la capacité de stockage en eau du manteau martien. Seule l’étude de (Withers et al., 2011) explore l’effet de la teneur en fer sur l’incorporation de l’eau dans l’olivine et l’orthopyroxène, démontrant une augmentation de la solubilité de l’eau dans les compositions martiennes (plus riches en fer) par rapport aux compositions terriennes. Toutefois, cette étude s’est appuyée sur une composition très simplifiée du manteau martien (dans le système MFSH, i.e. MgO-FeO-SiO₂-H₂O) et donc pauvre en éléments incompatibles. Ceux-ci vont avoir pour effet de diminuer le solidus et donc d’abaisser l’activité de l’eau du système. On doit donc s’attendre à une capacité de stockage différente de la Terre mais en prenant en compte les éléments incompatibles.

L’objectif de cette thèse est une meilleure compréhension de la composition du manteau martien. Pour cela nous avons deux objectifs : 1) contraindre le profil sismique de plusieurs compositions modèles proposées pour le manteau martien et 2) déterminer la capacité de stockage du manteau martien en eau.

Le premier aspect de cette thèse consiste à mesurer les vitesses sismiques du manteau martien expérimentalement : ces mesures permettront de créer un modèle de profile sismique en fonction de la pression et du taux de fer. Ces mesures seront effectuées in-situ à haute pression et haute température en presse multi-enclumes. L’utilisation additionnelle d’un anneau synchrotron est essentielle car l’imagerie X permettra de mesurer avec grande précision la longueur de l’échantillon. Couplée au temps de trajet des ondes P et S mesuré par interférométrie, on retrouvera alors les vitesses des ondes mécaniques dans l’échantillon. La deuxième partie de ce projet portera sur la détermination de la capacité de stockage en eau du manteau martien. Les expériences se feront également grâce à une presse multi-enclumes, en équilibrant une roche de composition riche en Fer, saturée en eau, à haute pression (de 3 à 23 GPa couvrant ainsi l’intégralité du manteau martien) et haute température. Les analyses des concentrations en eau dans les phases minérales suites à ces expériences permettront alors de répondre à notre deuxième question.

• Méthodes :      Presse multi-enclumes ( in-situ & cook and look )

Spectroscopie vibrationnelle (Raman & FTIR) 

MEB & Microsonde électronique