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Etude des équilibres chimiques dans le contexte d'accrétion et de différenciation des planètes telluriques
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Boujibar, Asmaa |
| Copyright Year | 2014 |
| Abstract | Les abondances en elements siderophiles du manteau terrestre indiquent une segregation du noyau dans un ocean magmatique profond. Il est neanmoins difficile de contraindre les conditions d’oxydation prevalant lors de l’accretion planetaire, en se basant sur les traceurs geochimiques, en raison du nombre important de parametres qui affectent leurs partages entre metal et silicate. D’autre part, l’etat d’oxydation des planetes peut evoluer au cours de l’accretion. Par consequent, la nature des materiaux accretes lors de la formation des planetes reste incertaine. Afin d’apporter de nouveaux elements de reponses a cette problematique, nous avons modelise les equilibres chimiques ayant lieu dans la Terre primitive. Ces equilibres peuvent evoluer (i) en augmentant les conditions de pression et de temperature de la segregation du noyau lors de la croissance de la planete, (ii) en raison de la cristallisation de l’ocean magmatique et (iii) a travers l’accretion de materiaux heterogenes de compositions et etats redox differents. Nous avons explore le role potentiel de l’erosion collisionnelle dans le contexte de l’accretion de la Terre a partir de chondrites a enstatite. Pour cela, nous avons determine experimentalement les compositions chimiques des liquides pseudo-eutectiques en fonction de la pression jusqu’a 25 GPa. Nous avons montre que ces premiers liquides sont tres enrichis en SiO2 (jusqu’a 75 wt% SiO2) et en elements alcalins (Na et K). Par consequent, l’erosion collisionnelle de proto-croutes de planetesimaux formes de chondrites EH peut de maniere efficace augmenter le rapport final Mg/Si du manteau terrestre et reduire ses concentrations en elements alcalins volatils. Ce mecanisme peut donc concilier les differences compositionnelles entre la Terre et les chondrites a enstatite. Nous avons egalement determine experimentalement le partage du soufre entre metal riche en fer et silicate. La concentration en soufre du manteau terrestre peut etre expliquee par un equilibre entre manteau et noyau dans un ocean magmatique profond. L’hypothese de l’ajout de soufre dans un vernis tardif (Rose-Weston et al., 2009) n’est pas a exclure, mais il n’est pas indispensable pour atteindre la concentration en soufre du manteau. Ces resultats sont en accord avec les compositions isotopiques non chondritiques du soufre dans le manteau (Labidi et al., 2013). Le partage des elements legers (S, Si, O) entre manteau et noyau a ete modelise a hautes pressions et temperatures en prenant compte de leurs interactions chimiques mutuelles et celles avec le carbone. En considerant 2 wt% S et jusqu’a 1.2 wt% C (comme il est suggere par les etudes cosmochimiques), nous trouvons une solubilite de l’O comprise entre 1 et 2.4 wt%. Cette insertion de l’O dans le noyau n’est pas suffisante pour permettre a la Terre d’etre a la fois accretee de materiaux meteoritiques oxydes et de posseder un noyau metallique d’une masse equivalente au tiers de la planete ainsi que 8 wt% FeO dans le manteau. Des conditions relativement reduites lors de la segregation du noyau sont egalement requises pour augmenter le taux de Si dans le noyau et expliquer le rapport Mg/Si super-chondritique de la Terre silicatee (Allegre et al., 1995; O’Neill et al. 1998). Ainsi, la Terre s’est plus probablement accretee a partir de materiaux reduits comme les chondrites a enstatites, conduisant a un noyau constitue de 2 wt% S, 0 a 1.2 wt% C, 1 wt% O et 5.5 a 7 wt% Si. Nous avons egalement explore le comportement du Fe lors de la cristallisation de la perovskite magnesienne (le mineral le plus abondant du manteau terrestre) et son role sur l’etat redox du manteau terrestre lors du refroidissement de l’ocean magmatique. Nous avons montre que sa cristallisation induit une diminution du FeO dans le manteau solide, lors d’un equilibre avec un alliage de fer liquide a une fO2 de IW-2 en raison du caractere incompatible du Fe dans la perovskite. D’autre part, dans ces conditions redox, la concentration du Fe3+ dans la perovskite reste constante et relativement faible (Fe3+/Fetot de 21 ±4 %). Par consequent, la cristallisation de la perovskite ne peut pas etre a l’origine d’une augmentation de la fugacite d’oxygene du manteau lors de la segregation du noyau. En se basant sur des donnees experimentales issues d’equilibres entre 1 bar et 74 GPa, nous avons mis en evidence des relations empiriques qui permettent de predire la concentration en FeO de silicates liquides en equilibre avec du metal liquide en fonction de la pression, la temperature et la composition chimique de depart. Nous avons ensuite modelise l’evolution de la concentration en FeO des manteaux planetaires au cours de l’accretion, en fonction de la nature des materiaux chondritiques accretes. Ces resultats montrent que la croissance du FeO des manteaux planetaires (0.3 wt% sur Mercure, 7 wt% sur Venus, 8 wt% sur Terre, 18 wt% sur Mars et 25 wt% sur l’asteroide Vesta) avec la distance heliocentrique necessite une accretion de materiaux chondritiques a des etats redox differents (chondrites a enstatite ou CB pour Mercure, chondrites a enstatite et 0 a 50% de chondrites carbonees ou ordinaires pour la Terre, chondrites ordinaires pour Mars et chondrites carbonees pour Vesta). Ainsi, malgre le besoin d’une arrivee tardive de materiel oxyde pour la Terre, ces resultats traduisent une zonation en oxygene de la nebuleuse solaire interne lors de l’accretion planetaire. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01249982/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
