define('DISALLOW_FILE_EDIT', true); define('DISALLOW_FILE_MODS', true);{"id":33,"date":"2008-04-19T16:04:45","date_gmt":"2008-04-19T15:04:45","guid":{"rendered":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2008\/04\/19\/les-meteorites-et-le-manteau-terrestre-confrontation-entre-phases-naturelles-de-haute-pression-et-cellule-a-enclume-de-diamant\/"},"modified":"2008-05-13T16:23:41","modified_gmt":"2008-05-13T15:23:41","slug":"les-meteorites-et-le-manteau-terrestre-confrontation-entre-phases-naturelles-de-haute-pression-et-cellule-a-enclume-de-diamant","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2008\/04\/19\/les-meteorites-et-le-manteau-terrestre-confrontation-entre-phases-naturelles-de-haute-pression-et-cellule-a-enclume-de-diamant\/","title":{"rendered":"Les m\u00e9t\u00e9orites et le manteau terrestre : confrontation entre phases naturelles de haute pression et cellule \u00e0 enclume de diamant"},"content":{"rendered":"

Lien permanent<\/a><\/p>\n

J’ai d\u00e9cid\u00e9 de faire un nouveau petit article d’enseignement sur les m\u00e9t\u00e9orites en plus de celui-ci<\/a> et de cette correction de le\u00e7on<\/a> pour les agreg. N’h\u00e9sitez pas \u00e0 commenter et poser vos questions!<\/p>\n

Les m\u00e9t\u00e9orites : des \u00e9chantilloneurs naturels du manteau terrestre<\/span><\/big><\/big><\/p>\n

Les m\u00e9t\u00e9orites sont des roches extra-terrestres qui sont soit des fragments d’ast\u00e9roides, soit de plan\u00e8tes. L’une des grandes classes de m\u00e9t\u00e9orites, les chondrites, sont dites repr\u00e9sentatives de la Terre globale. On s’en sert d’ailleurs pour affiner la composition chimique de la Terre. Cependant, ces m\u00e9t\u00e9orites peuvent aussi renseigner sur la min\u00e9ralogie du manteau terrestre, notamment en compl\u00e9ment des exp\u00e9riences r\u00e9alis\u00e9es en cellule \u00e0 enclume de diamant. La question : comment et pourquoi?<\/strong><\/p>\n

Quelles sont les caract\u00e9ristiques des chondrites qui en font des potentiels \u00e9chantilloneurs du manteau terrestre?<\/big><\/p>\n

Pour r\u00e9sumer, les chondrites sont compos\u00e9es min\u00e9ralogiquement d’olivine, de pyrox\u00e8ne et de fer. Or, on sait que l’olivine et le pyrox\u00e8ne sont les constituants principaux d’une p\u00e9ridotite. Elles ont donc des points communs avec le manteau terrestre. De plus, pour arriver sur Terre, elles ont subi un choc important qui peut avoir amen\u00e9 des conditions physiques \u00e9quivalentes \u00e0 celle du manteau terrestre.<\/p>\n

Comment les m\u00e9t\u00e9orites peuvent-elles renseigner sur la min\u00e9ralogie du manteau?<\/span><\/big><\/p>\n

Les chondrites, pour arriver sur Terre ont du \u00eatre arrach\u00e9es \u00e0 leur corps parents, c’est \u00e0 dire un plan\u00e9t\u00e9simal qui a pu \u00eatre compl\u00e8tement d\u00e9truit. Cet arrachage ne peut se produire que par un choc violent, ce qui va entrainer une augmentation tr\u00e8s importante de la temp\u00e9rature et de la pression. Les conditions physiques du choc qui sont enregistr\u00e9es dans les chondrites montrent qu’on peut atteindre des pressions pouvant aller jusqu’\u00e0 30GPa, ce qui correspond \u00e0 une profondeur d’environ 800km. On peut donc avoir acc\u00e8s \u00e0 des \u00e9chantillons naturels, de composition min\u00e9ralogique similaire \u00e0 la Terre et qui ont subit des pressions et des temp\u00e9ratures analogues \u00e0 celle que supportent les roches du manteau.<\/p>\n

Polymorphe de l’olivine dans les chondrites et dans le manteau<\/span><\/big><\/p>\n

\"DiagrammeLes \u00e9tudes r\u00e9alis\u00e9es en cellule \u00e0 enclume de diamant permettent d’envisager les choses de la fa\u00e7on suivante : de 0 \u00e0 410km, c’est l’olivine qui est stable. Ensuite, \u00e0 cause de l’augmentation de pression essentiellement, elle se transforme en wadsleyite. Puis, au-del\u00e0 de 520km de profondeur, la wadsleyite se transforme en ringwoodite. Cette derni\u00e8re se dissocie \u00e0 660km de profondeur en perovskite et magnesiowustite. Ce sont ces transitions de phases au sein du syst\u00e8me olivine et notamment la dimiminution de volume associ\u00e9e \u00e0 chaque transition de phase qui sont responsable en grande partie des discontinuit\u00e9s sismiques observ\u00e9es dans le manteau. Si on admet ceci, une d\u00e9marche simple est de regarder dans des \u00e9chantillons naturels si de tels min\u00e9raux peuvent \u00eatre observ\u00e9es. Il s’agit seulement ici de savoir si ces min\u00e9raux existent vraiment dans la nature et non de red\u00e9finir les diagrammes de stabilit\u00e9 de l’olivine, wadsleyite et ringwoodite.<\/p>\n\n\n\n
\"Olivine<\/td>\n\"Wadsleyite<\/td>\n\"Ringwoodite<\/td>\n<\/tr>\n
Animation du min\u00e9ral d’olivine qui cristallise dans le syst\u00e8me orthorhombique<\/small><\/small><\/td>\nAnimation du min\u00e9ral de wadsleyite qui cristallise dans le syst\u00e8me orthorhombique. Le petit atome bleu est un hydrog\u00e8ne : la wadsleyite peut contenir 2% d’eau.<\/small><\/small><\/td>\nAnimation du min\u00e9ral de ringwoodite qui cristallise dans le syst\u00e8me cubique<\/small><\/small><\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

En 1970, Binns d\u00e9couvre dans la chondrite Tenham la premi\u00e8re trace d’un polymorphe de haute pression de l’olivine, la ringwoodite ou olivine \u03b3. En lame mince, la ringwoodite se pr\u00e9sente sous forme de \u00ab\u00a0patchs\u00a0\u00bb bleus en lumi\u00e8re polaris\u00e9e non analys\u00e9e au niveau des bordures des min\u00e9raux d’olivine. Ces min\u00e9raux d’olivine ont \u00e9t\u00e9 enrain\u00e9s dans des veines de choc, c’est \u00e0 dire des zones ou la m\u00e9t\u00e9orite a partiellement fondue. La haute temp\u00e9rature pr\u00e9sente dans la veine de choc a permis d’activer thermiquement la transition de phase entre l’olivine et la ringwoodite. Cependant, les mesures chimiques sur l’olivine et la ringwoodite montre que celles-ci sont proches : la ringwoodite s’est donc bien form\u00e9e \u00e0 partir de l’olivine et non comme une cristallisation du liquide magmatique de la veine de choc. Apr\u00e8s des \u00e9tudes en diffraction des rayons X, le min\u00e9ral est clairement identifi\u00e9 comme \u00e9tant de la ringwoodite. On a donc ici la premi\u00e8re occurence d’un min\u00e9ral du manteau terrestre, se trouvant normalement \u00e0 plus de 500km de profondeur dans un \u00e9chantillon naturel.
\nLes recherches autour de l’autre polymorphe de l’olivine, l’olivine \u03b2 ou wadsleyite vont se poursuivre jusqu’\u00e0 ce que Putnis et ses collaborateurs d\u00e9couvrent ce polymorphe au sein d’une autre chondrite, la m\u00e9t\u00e9orite de Peace River. Cette fois-ci la wadsleyite se pr\u00e9sente sous forme de petits amas verts en lumi\u00e8re polaris\u00e9e non analys\u00e9e.
\nAinsi, les deux polymorphes de l’olivine ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts dans deux m\u00e9t\u00e9orites distinctes mais montrent qu\u00a0\u00bbil est possible de faire le lien entre les r\u00e9sultats des exp\u00e9riences de p\u00e9trologie \u00e0 haute pression et les \u00e9chantillons naturels.<\/p>\n

Le syst\u00e8me Pyrox\u00e8ne et MgSiO3<\/big>\"Diagramme<\/a><\/p>\n

Il nous faut ici utiliser une d\u00e9nomination un petit peu double. En effet, nous avons vu que les exp\u00e9riences en cellule \u00e0 enclume de diamant pr\u00e9voit la dissociation de l’olivine (Mg2SiO4) en perovskite (MgSiO3) et magnesiowustite (MgO). Nous allons donc traiter du syst\u00e8me MgSiO3 qui concerne donc aussi bien le syst\u00e8me pyrox\u00e8ne que le syst\u00e8me olivine \u00e0 partir de 660km.
\nLes \u00e9tudes en cellule \u00e0 enclume de diamant pr\u00e9voit l’existence des polymorphes suivants : la majorite, l’akimotoite (aussi appel\u00e9 MgSiO3-ilmenite) ainsi que la perovskite (et plus recemment la post-perovskite<\/a>). Le diagramme \u00e0 droite (cliquez dessus pour l’agrandir<\/a>) permet de situer les diff\u00e9rents domaines de stabilit\u00e9 des polymorphes pr\u00e9cit\u00e9s.
\nLe premier polymorphe de haute pression du syst\u00e8me pyrox\u00e8ne a avoir \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9 est la majorite. C’est \u00e0 nouveau dans la chondrite Tenham que ce min\u00e9ral a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert par Chen et ses collaborateurs. De m\u00eame l’akimotoite a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverte en m\u00eame temps par deux \u00e9quipes distinctes, l’une dans la m\u00e9t\u00e9orite Tenham (Tomioka et Fujino) l’autre dans la meteorite Acfer (Sharp et collaborateurs) en 1997. Ces deux \u00e9quipes ont aussi rapport\u00e9es l’existence de perovskite au sein de cette m\u00e9t\u00e9orite. Cependant, la d\u00e9couverte de la perovskite fait encore d\u00e9bat, notamment car la seule identification est une diffraction \u00e9lectronique.<\/p>\n

Les autres syst\u00e8mes : silice et feldspaths<\/span><\/big><\/p>\n

D’autres \u00e9chantillons de haute pression ont \u00e9t\u00e9 rapport\u00e9es dans les m\u00e9t\u00e9orites.
\nC’est notamment le cas des polymorphes de la silice : la coesite (mais on la trouve aussi en inclusion dans certains grenats provenant d’\u00e9clogites des Alpes ou de l’Himalaya), la stishovite, la seifertite (aussi appel\u00e9 post-stishovite \u00e0 structure a-PbO2), post-stishovite \u00e0 structure de baddeleyite.
\nDe m\u00eame on a pu observer des polymorphes \u00e0 haute pression des fledspaths comme la lingunite (polymorhe haute pression des feldspaths plagioclases, structure hollandite) ou bien la K-hollandite qui est le polymorphe haute pression de l’orthose.<\/p>\n

Le
\n tableau suivant permet de r\u00e9sumer l’ensemble des min\u00e9raux de haute pression d\u00e9couverts dans les m\u00e9t\u00e9orites ou avec le concours de m\u00e9t\u00e9orites comme dans les crat\u00e8res d’impact.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Equivalent basse pression<\/strong><\/td>\nMin\u00e9ral de haute pression d\u00e9couvert<\/strong><\/td>\nM\u00e9t\u00e9orite<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
Olivine<\/td>\nWadsleyite
\nRingwoodite<\/td>\n		Peace River
\nTenham<\/td>\n<\/tr>\n
Pyrox\u00e8ne<\/td>\nAkimotoite
\nMajorite
\nPerovskite (?)<\/td>\n		Tenham, Acfer 44
\nTenham
\nTenham, Acfer 44<\/td>\n<\/tr>\n
Feldspath<\/td>\nLingunite
\nK-hollandite<\/td>\n		Sixiangkou
\nZagami<\/td>\n<\/tr>\n
Silice (Quartz)<\/td>\nStishovite
\nSeifertite
\nPost-stishovite \u00e0 structure de Baddeleyite<\/td>\n		NWA856
\nShergotty
\nShergotty<\/td>\n<\/tr>\n
Carbone<\/td>\nNouvelle forme cubique<\/td>\nCrat\u00e8re d’impact de Popigai<\/td>\n<\/tr>\n
Magnesiowustite<\/td>\nMagnesiowustite<\/td>\nSixiangkou, Tenham<\/td>\n<\/tr>\n
Rutile<\/td>\nStructure a-PbO2
\nStructure ZrO2 (baddeleyite)<\/td>\n		Crat\u00e8re d’impact du Ries
\nCrat\u00e8re d’impact du Ries<\/td>\n<\/tr>\n
–<\/td>\nCAS : Calcium AluminoSilicate<\/td>\nZagami<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

Voil\u00e0, des questions?<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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