define('DISALLOW_FILE_EDIT', true); define('DISALLOW_FILE_MODS', true);{"id":23,"date":"2008-03-05T16:01:00","date_gmt":"2008-03-05T15:01:00","guid":{"rendered":"http:\/\/tristan.ferroir.fr\/wordpress\/archives\/23"},"modified":"2008-03-28T22:53:55","modified_gmt":"2008-03-28T21:53:55","slug":"post-perovskite","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/2008\/03\/05\/post-perovskite\/","title":{"rendered":"Post-perovskite"},"content":{"rendered":"

Ne trouvant pas grand chose en fran\u00e7ais sur la post-perovskite<\/a>, j’ai d\u00e9cid\u00e9 de faire une article dessus. Je pense que cela n’interessera que les g\u00e9ologues… mais, sait-on jamais. Dans tous les cas, en guise d’introduction, disons que cela permet de mieux comprendre ce qui se passe dans une couche \u00e9nigmatique (D\u00a0\u00bb) de la Terre situ\u00e9e entre 2700 et 2900 km de profondeur.<\/small><\/p>\n

Lien permanent vers l’article : post-perovskite<\/a><\/small><\/p>\n

Historique <\/span><\/span><\/span><\/big>
\n $\"Photo$ La post-perovskite a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverte simultan\u00e9ment par une \u00e9quipe dirig\u00e9 par Murakami<\/span> du Tokyo Institute of Technology et par Oganov<\/span> de l’ETH Zurich. La premi\u00e8re a r\u00e9alis\u00e9e une synth\u00e8se exp\u00e9rimentale de ce min\u00e9ral gr\u00e2ce aux dispositifs de cellule \u00e0 enclume diamant coupl\u00e9 \u00e0 un chauffage laser. L’\u00e9quipe d’Oganov \u00e0 quant elle pr\u00e9dit son existence th\u00e9orique par des calculs ab-initio puis v\u00e9rifi\u00e9 l’existence de cette phase par des m\u00e9thodes similaires \u00e0 celle de Murakami.<\/small><\/p>\n

Cette post-perovskite serait pr\u00e9sente dans la couche D\u00a0\u00bb qui se trouve \u00e0 la base du manteau inf\u00e9rieur vers 2900km de profondeur et r\u00e9sulterait de la transformation de la Mg perovskite en photo \u00e0 droite (photo P. Cordier, Universit\u00e9 de Lille<\/span>).<\/small><\/p>\n

Pourquoi la post-perovskite? <\/span><\/big>
\nL’existence de cette phase a \u00e9t\u00e9 suppos\u00e9e pour plusieurs raisons.<\/small><\/p>\n

La discontinuit\u00e9 sismique au sommet de la couche D\u00a0\u00bb a une topographie importante. Celle-ci avait souvent \u00e9t\u00e9 expliqu\u00e9e par une composition chimique diff\u00e9rente entre le manteau inf\u00e9rieur et la couche D\u00a0\u00bb. Cependant, d’autres chercheurs tel Sidorin<\/span> (travaux datant de 1998 et 1999), ont propos\u00e9 l’existence d’une autre phase, ceci en combinant des mod\u00e9lisations dynamiques et sismiques. Il pr\u00e9voyait une transition de phase entre un min\u00e9ral du manteau inf\u00e9rieur (perovskite ou magnesiowustite) en une nouvelle phase avec une pente de Clapeyron de l’ordre de 6MPa.K-1. Ce changement de phase devait se produire environ 150km au dessus de la CMB (limite noyau-manteau) soit vers 2740km de profondeur.<\/small><\/li>\n

Cependant, un des probl\u00e8mes majeurs de la th\u00e9orie de Sidorin \u00e9tait que cette transition de phase n’\u00e9tait pas connue.<\/small><\/li>\n<\/ul>\n

Une observation faite en 2004 par Ono<\/span> a donn\u00e9 beaucoup de cr\u00e9dit \u00e0 la th\u00e9orie de Sidorin. En effet, l’\u00e9quipe d’Ono a observ\u00e9 que comme MgSiO3, le min\u00e9ral Fe2O3 se transformait en corindon\/ilmenite puis en perovskite au fur et \u00e0 mesure qu’on augmentait la
\npression. MgSiO3 et Fe2O3 semblait donc avoir le m\u00eame comportement face \u00e0 la pression et Fe2O3 est donc un bon analogue de MgSiO3. L’observation important d’Ono fut qu’en continuant d’augmenter la pression, ils trouv\u00e8rent une phase post-perovskite de Fe2O3 de type CaIrO3 \u00e0 structure Cmcm au dessus de 60GPa. On pouvait donc penser que MgSiO3-perovskite devait donc subir une transformation similaire si on continuait \u00e0 augmenter la pression : les chercheurs se sont alors mis en t\u00eate de trouver cette MgSiO3-post-perovskite<\/span>.<\/small><\/li>\n<\/ul>\n

\nD\u00e9couverte de lapost-perovskite
\n<\/span><\/big><\/small><\/p>\n

$\"Post-perovskite$
\nLes deux groupes pr\u00e9c\u00e9demment mentionn\u00e9s ont donc tous deux d\u00e9couverts la post-perovskite quasiment en m\u00eame temps. Nous nous proposons d’exposer comment l’\u00e9quipe de Murakami<\/span> l’a synth\u00e9tis\u00e9e.<\/small><\/p>\n

A partir d’un \u00e9chantillon amorphe de MgSiO3, l’\u00e9quipe a mont\u00e9 la pression jusqu’\u00e0 124GPa dans une cellule \u00e0 enclume diamant. Ils ont ensuite r\u00e9alis\u00e9 un chauffage laser aux alentours de 2250-2300K \u00e0 une pression de 105 \u00e0 114GPa. Tous les pics de diffraction X ont pu \u00eatre index\u00e9 par la perovskite et le platine (ce dernier servant \u00e0 mesurer la pression, son \u00e9quation d’\u00e9tat \u00e9tant bien connue). Ils ont ensuite \u00e0 nouveau augment\u00e9 la pression \u00e0 temp\u00e9rature ambiante jusqu’\u00e0 127GPa puis ont rechauff\u00e9 l’\u00e9chantillon \u00e0 des temp\u00e9rature de
\n2500 \u00e0 2600K en faisant varier la pression entre 127 et 134GPa pendant 70 minutes. De nouveaux pics sont apparus (N sur la diffraction \u00e0 droite<\/span>) sur la diffraction X alors que les pics de la perovskite (P \u00e0 droite<\/span>) diminuait. Il semblait donc qu’il y ait eu une transition qui consommait de la p\u00e9rovskite et formait cette nouvelle phase : la post-p\u00e9rovskite<\/small><\/p>\n

\nStructure de la post-perovskite
\n<\/span><\/big><\/small><\/p>\n

La post-perovskite est un min\u00e9ral orthorhombique appartenant au groupe d’espace Cmcm. Les donn\u00e9es min\u00e9ralogiques obtenues par le biais de la diffraction X sont r\u00e9capitul\u00e9s dans le tableau suivant.<\/small><\/p>\n\n\n\n\n
yst\u00e8me
\ncristallin<\/td>\n Orthorohombique<\/td>\n Structure
\n3D de la post-perovskite<\/small> $\"Post-perovskite$ <\/td>\n<\/tr>\n
Groupe
\nd’espace<\/td>\n Cmcm<\/td>\n<\/tr>\n
Param\u00e8tres
\nde maille<\/td>\n \n\n\n\n
a(\u00c5)b(\u00c5)c (\u00c5)ZV (\u00c53)<\/td>\n 2.4568.0426.0934120.39<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Position des atomesMgSiO1O2<\/td>\n \n\n\n\n
x0.0000.0000.0000.000<\/td>\n y0.2530.0000.9230.631<\/td>\n z0.2500.0000.2500.436<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n<\/td>\n<\/tr>\n
Distanceinteratomique (\u00c5)Si-OMg-OSi-SiMg-Mg<\/td>\n 1.64(x2) 1.66(x4)1.84(x2) 1.94(x4) 2.13(x2)2.46(x2) 3.05(x2) 3.11(x2)2.46(x2) 3.24(x4)<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

\nDiagramme de stabilit\u00e9 de la post-perovskite <\/span><\/big><\/small><\/p>\n
$\"Diagramme$ De nombreuses \u00e9tudes de la post-perovskite ont \u00e9t\u00e9 faites et publi\u00e9es \u00e0 la suite de cette d\u00e9couverte. L’\u00e9tude du diagramme de stabilit\u00e9 du couple p\u00e9rovskite post-perovskite a notamment \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9 par de nombreuses \u00e9quipes. Il s’agit de
\nconnaitre les couples pression-temp\u00e9rature pour lesquels la perovskite se transforme en post-perovskite. Murakami<\/span> et Oganov<\/span> ont r\u00e9alis\u00e9, bien entendu, ces \u00e9tudes ainsi que d’autres groupes tels que Tatane<\/span> et ses collaborateurs ou bien encore Hirose et al.<\/span> (figure \u00e0 droite<\/span>) de fa\u00e7on exp\u00e9rimentale ainsi que Hernlund et Labrosse<\/span> \u00e0 partir des observations sismiques et de flux thermiques au niveau de la CMB.<\/small><\/p>\n
Les chercheurs arrivent donc au diagramme suivant. On peut ainsi voir que la pente de Clapeyron de la transition de phase est de l’ordre de 4 \u00e0 12 MPa.K-1. Les \u00e9carts selon les auteurs sont dus pour une grande partie au calibrant de pression utilis\u00e9e (or, platine, MgO..). Sidorin qui avait supput\u00e9 l’existence d’une transition de phase pour expliquer les observations sismiques, proposait une pente de Clapeyron de l’ordre de 6MPa.K-1. D’une part, ce n’est pas si loin et de plus, le signe de la pente de Clapeyron est correct.<\/small><\/p>\n
Ce diagramme de phase et sa pente de Clapeyron, ont une importance notable quant \u00e0 la connaissance de la base du manteau terrestre.
\nNous allons aborder dans la partie suivante les implications g\u00e9ologiques de ces d\u00e9couvertes.<\/small><\/p>\n

\nImplications g\u00e9ologiques post-perovskite
\n<\/span><\/big><\/small><\/p>\n
Les observations faites au niveau de la couche D\u00a0\u00bb<\/small><\/span><\/p>\n
Une discontinuit\u00e9 importante des vitesses sismiques a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e dans de nombreux endroit dans la partie la plus basale du manteau, notamment au niveau de l’Am\u00e9rique Centrale et de la mer des Cara\u00efbes, au dessous du Pacifique central et enfin de l’Atlantique Sud.<\/small><\/p>\n
La discontinuit\u00e9 sismique D\u00a0\u00bb se situe au sommet de la couche D\u00a0\u00bb aux alentours de 2600-2700km (119-125GPa), quelques centaines de kimom\u00e8tres au dessus de la CMB. Une acc\u00e9l\u00e9ration des ondes sismiques se produit au niveau de cette discontinuit\u00e9 de l’ordre de 2,5 \u00e0 3,0% aussi bien pour les ondes P que les ondes S m\u00eame si cette discontinuit\u00e9 n’est pas pr\u00e9sente partout, sp\u00e9cialement pour les ondes P. Avant la
\nd\u00e9couverte de la post-perovskite, ces accroissements de vitesse n’\u00e9taient interpr\u00e9t\u00e9s qu’en terme d’anomalies chimiques ou thermiques.<\/small><\/p>\n
Les ondes sismiques de type S montre une polarisation au niveau de la couche D\u00a0\u00bb. La polarisation des ondes est horizontale, c’est \u00e0 dire que les ondes traversant la couche D\u00a0\u00bb horizontalement ou lat\u00e9ralement vont plus vite que celle qui la traverse verticalement ou autrement dit transversalement. Cette polarisation engendre une diff\u00e9rence de vitesse entre les deux ondes de l’ordre de 1 \u00e0 3%. <\/span><\/small><\/p>\n
Les explications par la post-perovskite<\/strong><\/em><\/small><\/p>\n
Les param\u00e8tres d’\u00e9lasticit\u00e9 de la perovskite et de la post-perovskite ont \u00e9t\u00e9 calcul\u00e9 par de nombreux groupes (Iitaka, Tsuchiya et al., Oganov et Ono<\/span>). Ceci a montr\u00e9 qu’a faible temp\u00e9rature la modification de vitesse due \u00e0 la transition de phase devait augmenter la vitesse des ondes S de l’ordre de 1% et des ondes P de -0.1%. Cependant, les calculs r\u00e9alis\u00e9s pour les hautes temp\u00e9ratures fait par Stackhouse et ses collaborateurs montrent que l’augmentation de la vitesse des ondes S sera bien plus importante que celle des ondes P dont la vitesse sera
\ntr\u00e8s peu modifi\u00e9e. Ces r\u00e9sultats sont g\u00e9n\u00e9ralement en accord avec les observations que nous avons pr\u00e9sent\u00e9 plus haut, notamment le fait que la discontinuit\u00e9 D\u00a0\u00bb est bien plus souvent d\u00e9tect\u00e9 pour les ondes S que pour les ondes P.<\/small><\/p>\n
Il est \u00e0 noter tout de m\u00eame que l’amplitude de l’augmentation reste faible au regard des observations mais, une orientation pr\u00e9f\u00e9rentielle des min\u00e9raux n’est pas \u00e0 exclure, ce qui expliquerait ce saut de vitesse plus important. $\"Deformation$ <\/small><\/p>\n
De plus, la couche D\u00a0\u00bb est une couche limite thermique de la convection du manteau. Ceci implique donc une d\u00e9formation horizontale importante due \u00e0 la convection sus-jacente, ce qui peut orienter fortement les min\u00e9raux de post-perovskite. Des \u00e9tudes faites par Miyajima<\/span> et ses collaborateurs (photo \u00e0 droite<\/span>) en MET (Microscope Electronique \u00e0 Transmission) sur des analogues montre que cette d\u00e9formation de la post-perovskite existe : le plan (010) s’alignent parall\u00e8lement \u00e0 la d\u00e9formation qui se r\u00e9alise dans la couche D\u00a0\u00bb. Dans ce cas, les ondes S polaris\u00e9e horizontalement vont de l’ordre de 3 \u00e0 4% plus vite que celle polaris\u00e9e verticalement. C’est exactement ce qui est observ\u00e9.<\/small><\/p>\n
<\/span><\/p>\n
Les cons\u00e9quences g\u00e9odynamiques<\/em><\/strong><\/small><\/p>\n
La pente de Clapeyron de la transformation montre que la r\u00e9action est fortement exothermique. Les simulations num\u00e9riques de Nakagawa et Tackley ont montr\u00e9 qu’une r\u00e9action qui d\u00e9gage autant de chaleur destabiliserait la couche limite thermique et favoriserait la formation de panache. Cependant, il n’est pas sur que cela provoque des panaches aussi larges que ceux connus au niveau du Pacifique Central et de l’Afrique mais plut\u00f4t des champs de petits panaches. Cependant, Matyska et Yuen<\/span> ont sugg\u00e8r\u00e9 que le transfert radiatif est tr\u00e8s important dans la stabilisation de la couche thermique et que cela permettrait finalement la gen\u00e8se de large panache. Parall\u00e8lement, les r\u00e9centes tomographie haute r\u00e9solution de Schubert montre qu’un panache est en fait une somme de plus petits panaches. $\"perovskite$ <\/small><\/p>\n
La pente de Clapeyron de la transition de phase est fortement positive. Ceci implique donc que la profondeur de la transition de phase va varier de fa\u00e7on importante avec la temp\u00e9rature. En effet, l’\u00e9paisseur de la couche D\u00a0\u00bb change de fa\u00e7on importante. De plus, il est possible d’avoir \u00e0 plus forte profondeur un retour de la perovskite comme le sugg\u00e8re Hernlund<\/span> et ses collaborateurs (voir figure \u00e0 droite : le g\u00e9otherme coupe deux fois la courbe de transition de phase conduisant \u00e0 l’enchainement
\nperovskite-postperovskite-perovskite<\/span>). Ceci sugg\u00e8re que la phase dominante de la base du manteau change lat\u00e9ralement. Les variations de temp\u00e9rature peuvent notamment avoir pour origine l’arriv\u00e9e d’une plaque plongeante qui va diminuer localement la temp\u00e9rature et donc remonter la transition pv-ppv ou le d\u00e9part d’un panache dans lequel la post-perovskite pourra \u00eatre absente.<\/small><\/p>\n

\nSynth\u00e8se sur la couche D\u00a0\u00bb et post-perovskite
\n<\/span><\/big><\/small><\/p>\n
Finalement, on arrive \u00e0 l’heure actuelle \u00e0 l’image suivante de la couche D\u00a0\u00bb (d’apr\u00e8s Hirose<\/span>).<\/small><\/p>\n
$\"Couche$ <\/small><\/p>\n
On note la pr\u00e9sence d’une ULVZ (Ultra Low Velocity Zone) et de melting products. Nous y reviendrons prochainement.<\/small><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Ne trouvant pas grand chose en fran\u00e7ais sur la post-perovskite, j’ai d\u00e9cid\u00e9 de faire une article dessus. Je pense que cela n’interessera que les g\u00e9ologues… mais, sait-on jamais. Dans tous les cas, en guise d’introduction, disons que cela permet de … Lire la suite →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[6,5,4,7],"tags":[113,112,114,34],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23"}],"collection":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=23"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/23\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/tristan.ferroir.fr\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}