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Plongée dans les magmas profonds

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Plongée dans les magmas profonds

Chrystèle Sanloup, étude du magma dans des conditions extrêmes de température et de pression, ERC MAD-ESEC

La dynamique et l’évolution de l’intérieur de la Terre sont fortement influencées par les propriétés rhéologiques (viscosité, rigidité, élasticité) des minéraux constitutifs du manteau. Les magmas ont joué et jouent un rôle clef à tous les stades de l'évolution de la Terre, depuis la formation du noyau et de la croûte à partir d'un océan de magma il y a plus de 4 milliards d'années jusqu’à l'activité volcanique actuelle. Chrystèle Sanloup, professeur UPMC en sciences de la Terre à l'institut des sciences de la Terre de Paris (ISTeP, UPMC/CNRS) s’intéresse à la chimie et la physique des matériaux planétaires en conditions extrêmes de pression et de température. Car si les propriétés physiques des laves sont bien connues, celles des magmas sous pression dont elles sont issues sont loin de l’être…

 

 

Les grandes planètes de notre système solaire sont composées pour l’essentiel de molécules diatomiques simples, de silicates et d’alliages de fer soumis à de très fortes pressions et à des températures très élevées. En mesurant sur le terrain les vitesses de propagation d’ondes acoustiques dans la Terre (à partir d’impulsion naturelle comme les tremblements de terre, ou artificielle comme une puissante explosion), les géophysiciens peuvent se faire une idée précise de la structure interne de la Terre, et ainsi mieux comprendre sa dynamique (genèse du champ magnétique, tectonique des plaques).

 

Produits en profondeur, les magmas sont des objets géologiques liquides silicatés formés à haute pression. Hormis des zones très ponctuelles où du magma est présent, le manteau terrestre est actuellement constitué de roches cristallines. Les scientifiques ont depuis longtemps identifié un changement majeur affectant les phases cristallines du manteau terrestre à 660 km de profondeur. Au-delà de cette profondeur, les atomes de silicium constituant les minéraux se réorganisent, délimitant ainsi le manteau supérieur du manteau inférieur. Les instruments dédiés à l’expérimentation sous très haute pression servent plusieurs objectifs : l’étude des propriétés physico-chimiques (structurales, électronique, magnétique) de systèmes sous conditions extrêmes, la synthèse des nouveaux matériaux sous haute pressions et températures, et l’identification de paramètres de structures clefs dans les verres.

 

La mesure in situ (c'est-à-dire dans les conditions haute pression de leur formation et remontée éventuelle) des propriétés physico-chimiques des magmas a longtemps été impossible du fait des températures élevées et des contraintes techniques associées. De plus, les magmas donnent un signal faible en diffraction X ou en spectroscopie optique (Raman, IR), donc difficile à détecter.

 

Les progrès récents sur plusieurs sources de rayonnement X synchrotron permettent de réaliser trois types de mesures : la densité des basaltes lunaires et terrestres, leur viscosité, la structure du liquide et les propriétés chimiques qui en découlent, et ce dans des conditions allant de la lithosphère au manteau inférieur. Il a été ainsi montré qu’un gaz rare comme le xénon pourrait être stocké dans les intérieurs planétaires.

Pour en savoir plus :

Institut des sciences de la Terre de Paris (ISTeP, UPMC/CNRS)Nouvelle fenêtre

 

Chrystèle Sanloup a obtenu une bourse ERC pour son projet « Magmas at Depth: an Experimental Study at Extreme Conditions » (MAD-ESEC).

 

À lire : « Des matériaux sous pression »Nouvelle fenêtre



12/12/16