Stabilité de phases carbonatées en conditions mantelliques : implications pour le cycle géodynamique du carbone

• Main Author: Boulard, Eglantine
• Language: FRE
• Published: Institut de physique du globe de paris - IPGP 2011
• Subjects: [SDU:STU:GP] Sciences of the Universe/Earth Sciences/Geophysics; [PHYS:PHYS:PHYS_GEO-PH] Physics/Physics/Geophysics; [SDE:MCG] Environmental Sciences/Global Changes; carbone; cycle profond du carbone; geophysique; mineralogie; Terre interne
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00669781; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/66/97/81/PDF/thA_se_EBoulard.pdf

Le carbone est recyclé dans le manteau terrestre majoritairement sous forme de carbonates. La stabilité des carbonates lors de la subduction dans le manteau profond joue donc un rôle majeur sur le cycle géodynamique du carbone. Ce travail de thèse apporte de nouvelles contraintes expérimentales sur la stabilité des carbonates pour des conditions de pression et température pertinentes pour le manteau inférieur terrestre. Pour ce faire, les échantillons ont été synthétisés à haute-pression et hautetempérature en cellule à enclumes en diamants et analysés de manière in situ par diffraction de rayons X. Une fois ramenés à pression et température ambiante, les échantillons ont été préparés par faisceau d'ions focalisés (focused ion beam-FIB) afin d'être analysés ex situ par microscopie électronique à transmission et microscopie de rayons X en transmission. Cette étude a permis de montrer la grande stabilité des phases carbonatées par rapport à la décarbonatation et de mettre en évidence deux nouvelles phases de haute-pression des carbonates : (1) une phase obtenue dans le cas d'une composition de départ FeCO3 dès 40 GPa-1500 K (équivalent à ~1000 km de profondeur). (2) une deuxième phase décrite dans une solution solide (Fe,Mg)CO3 pour des conditions supérieures à 80 GPa-2000 K en accord avec certaines prédictions théoriques. Dans ces deux nouvelles phases de haute-pression, les études ex situ montrent la présence de carbone sous la forme de groupements tétraédriques CO4 et le fer sous la forme oxydée Fe(III). La présence de fer dans la composition des carbonates induit, en effet, des réactions d'oxydoréduction dans lesquelles le fer est oxydé et le carbone partiellement réduit. Il en résulte alors un assemblage à haute-pression de magnétite, diamant et de carbonate ou leurs polymorphes de haute-pression. Nos résultats montrent donc la possibilité pour le carbone d'être recyclé jusqu'à la base du manteau et prouvent que la coexistence de carbone oxydé et carbone réduit dans les conditions du manteau inférieur est possible. Ce résultat est essentiel pour de futures modélisations de l'état d'oxydoréduction et de la fusion du manteau profond.