Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Manteau terrestre bas“

La dynamique du réseau et les propriétés vibratoires des matériaux sont généralement bien décrites par un modèle harmonique à des températures basses et modérées, où les phonons sont supposés se comporter de manière indépendante. Toutefois, à des températures élevées, cette hypothèse ne tient plus car les interactions entre les phonons deviennent significatives. La compréhension de ces interactions anharmoniques entre les modes du réseau est cruciale tant pour la recherche fondamentale que pour les applications pratiques, car elles influencent considérablement les propriétés physiques telles que le transport thermique, les propriétés élastiques, la conductivité électrique et la supraconductivité.La conductivité thermique des minéraux constituant les intérieurs planétaires joue un rôle clé dans le contrôle du transfert de chaleur à l'intérieur des planètes, influençant ainsi la dynamique planétaire et l'histoire thermochimique (Samuel et al., 2021). Le flux de chaleur du noyau vers le manteau a un impact direct sur le degré de chauffage basal du manteau, le taux de refroidissement du noyau et la croissance du noyau interne, qui à leur tour affectent la dynamique du noyau externe et la génération et l'évolution du champ magnétique. Ainsi, la compréhension des interactions entre phonons permet de mieux comprendre l'histoire et l'évolution de la Terre..L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement des termes anharmoniques dans les conditions extrêmes de température et de pression du manteau inférieur de la Terre, en se concentrant sur l'oxyde de magnésium (MgO) qui est un membre terminal du ferropericlase (Mg,Fe)O qui constitue 20 % du volume du manteau. Cette étude utilise des méthodes basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en particulier la théorie de la fonctionnelle de la densité perturbative (DFPT) et l'approximation harmonique stochastique auto consistante (SSCHA). Ces méthodologies permettent d'accéder à l'anharmonicité jusqu'au quatrième ordre (interactions à quatre phonons). Les résultats seront comparés aux mesures de diffusion inélastique des rayons X (IXS) et de spectroscopie infrarouge (IR) effectuées dans notre groupe à différentes températures.Ensuite, nous discuterons de la conductivité thermique (CT) obtenue par l'équation de transport de Boltzmann en fonction de la température, en soulignant l'importance de la prise en compte des défauts dans l'analyse de la CT. Nous explorons ensuite les conditions extrêmes du manteau inférieur de la Terre, avec des températures de milliers de kelvins et des pressions à l'échelle du Mbar, pour identifier le comportement de l'anharmonicité dans le MgO dans toute cette région. Notre traitement théorique élucide l'origine microscopique de la chute observée de la conductivité thermique au fond du manteau inférieur, attribuée à l'interaction entre les interactions à trois et quatre phonons, et souligne l'importance de la présence de défauts sur la conductivité thermique du réseau, même dans des conditions extrêmes de température et de pression<br>The lattice dynamics and vibrational properties of materials are typically well described by a harmonic model at low and moderate temperatures, where phonons are assumed to behave independently. However, at high temperatures, this assumption fails as phonon interactions become significant. Understanding these anharmonic interactions between lattice modes is crucial for both fundamental research and practical applications, as they significantly influence physical properties such as thermal transport and elastic properties.Thermal conductivity of the minerals constituting planetary interiors plays a key role in controlling heat transfer within planets, thereby influencing planetary dynamics and thermo-chemical history (Samuel et al., 2021). The heat flux from the core to the mantle directly impacts the degree of basal heating of the mantle, the rate of core cooling, and inner core growth, which in turn affect outer core dynamics and magnetic field generation and evolution. Thus, understanding phonon interactions provides insights into Earth's history and evolution.The aim of this thesis is to investigate the behavior of anharmonic terms at the extreme temperature and pressure conditions of Earth's lower mantle, focusing on Magnesium Oxide (MgO) which is an end-member for ferropericlase (Mg,Fe)O that constitutes 20% of the mantle's volume. This study employs Density Functional Theory (DFT) based methods, specifically Density Functional Perturbation Theory (DFPT) and the Stochastic Self-Consistent Harmonic Approximation (SSCHA). These methodologies allow access to anharmonicity up to the fourth-order (four-phonon interactions). The results will be benchmarked against Inelastic X-ray Scattering (IXS) and Infra-Red spectroscopy (IR) measurements conducted in our group at varying temperatures.Subsequently, we will discuss the thermal conductivity (TC) obtained through the Boltzmann transport equation as a function of temperature, emphasizing the importance of considering defects in the analysis of TC. We then explore the extreme conditions of Earth's lower mantle, with temperatures of thousands of Kelvin and pressures at the Mbar scale, to identify the behavior of anharmonicity in MgO throughout this region. Our theoretical treatment elucidates the microscopic origin of the observed drop in TC at the bottom of the lower mantle, attributed to the interplay between three- and four-phonon interactions and emphasizes on the importance of presence of defects on lattice thermal conductivity even at extreme T and P conditions

Les ondes sismiques sont un outil très puissant pour obtenir des images de l’intérieur de la Terre et pour en comprendre la structure et les processus dynamiques, tels que la tectonique des plaques, la convection du manteau et la nature des réservoirs géochimiques. Ce chapitre présente les principes de base de la sismologie et les résultats majeurs obtenus avec cette technique.