Letteratura scientifica selezionata sul tema "Pérovskites – Texture – Effets des hautes pressions"

Les microstructures des roches du manteau affectent la propagation des ondes sismiques dans la Terre. Elles dépendent de la pression, de la température et de la déformation appliquées à la roche. À environ 660 km de profondeur, un saut de vitesses des ondes sismiques marque la frontière qui sépare le manteau supérieur du manteau inférieur. Une autre frontière se trouve à environ 2700 km de profondeur et marque le début de la couche D". Ces frontières sont communément associées à des transformations de phase de la ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4, groupe d'espace Fd3m] à la bridgmanite [(Mg,Fe)SiO3, groupe d'espace Pbnm] puis la post-perovskite [(Mg,Fe)SiO3, groupe d'espace Cmcm]. Cependant, une bonne compréhension de ce qui génère les microstructures associées à la déformation ou les transformations de phase est nécessaire pour interpréter les observations sismiques et les associer aux processus dynamiques dans le manteau.Ici, nous abordons cette question par le biais d'expériences à haute pression et à haute température en cellule à enclume de diamant. Nous identifions des microstructures résultant de transformations de phase ou de déformation dans des matériaux polycristallins pertinent pour le manteau, in situ, à l'aide de la diffraction des rayons X radiale ou multi-grains. Dans la première étude, nous transformons un analogue de bridgmanite, NaCoF3, d'une structure pérovskite à une structure post-pérovskite. Les deux études suivantes se concentrent sur la transformation d'une composition moyenne du manteau, la pyrolite, dans des conditions pertinentes pour la discontinuité à 660 km et une déformation supplémentaire à des pressions et des températures correspondant à des profondeurs comprises entre 500 et 2400 km. Dans le dernier chapitre, nous testons une composition 'pyrolite' riche en aluminium (pyrolite-minus-olivine) afin de comparer les microstructures de transformation et de déformation à celles observées expérimentalement sur la pyrolite pure.Les résultats d'expériences de diffraction radiale montrent que la transformation de pérovskite en post-pérovskite dans NaCoF3 est de nature reconstructive et nous identifions les relations d'orientation qui entrent en jeu. Les principales conclusions des expériences de diffraction des rayons X multigrains sont les suivantes : i) la décomposition de (ringwoodite + grenat) en (bridgmanite + davemaoite + ferropériclase) donne des textures de transformation non reconstructives 001 dans la bridgmanite, 101 et 111 dans la davemaoite, et aucune orientation préférentielle dans la ferro-périclase. ii) Avec une déformation supplémentaire, la bridgmanite passe à des orientations de type 100 puis 010 sans changement de texture observé, ni dans la davemaoite, ni dans la ferro-périclase. iii) Les textures de la bridgmanite et de la davemaoite dans la composition pyrolite-minus-olivine sont similaires à celles observées dans nos expériences sur la pyrolite pure.Enfin, nous utilisons les résultats de ces expériences pour construire un modèle d'anisotropie sismique des ondes S et P dans une plaque en subduction et dans le manteau environnant pour plusieurs scénarios et comparons nos résultats à ceux de la littérature. Cette combinaison entre les expériences et les modèles sismiques est importante pour fournir des contraintes sur la déformation, la dynamique et l'histoire de l'intérieur de la Terre
Microstructures in mantle rocks impact the way seismic waves travel through the Earth and are dependent on the pressure, temperature, and deformation applied to the rock. At approximately 660 km depth, an increase in seismic wave velocities mark a distinct boundary that separates the upper and lower mantle. Another boundary is found at approximately 2700 km depth and marks the beginning of the D" layer. Furthermore, observations of seismic anisotropy at these discontinuities have been made. These boundaries are largely believed to be related to phase transitions from ringwoodite [(Mg,Fe)2SiO4, space group Fd3m] to bridgmanite [(Mg,Fe)SiO3, space group Pbnm] to post-perovskite [(Mg,Fe)SiO3, space group Cmcm]. In order to make interpretations of these seismic observations, however, a sound understanding of what generates these microstructures is required.Here, we approach this problem through high pressure and high temperature experiments. We identify microstructures in polycrysalline mantle minerals resulting from in-situ transformation and deformation using radial and multigrain X-ray diffraction in the diamond anvil cell. In the first study we transform a bridgmanite analogue, NaCoF3, from a perovskite to post-perovskite structure. The following two studies investigate the transformation of an average mantle composition, pyrolite, at conditions relevant to the 660 km discontinuity and further deformation at pressures and temperatures corresponding to depths between 500 and 2400 km. In the final study, we test an aluminum rich 'pyrolite' composition (pyrolite minus olivine) in order to compare transformation and deformation microstructures to those observed in experiments on pure pyrolite.Results from radial diffraction experiments show the transformation from perovskite to post-perovskite in NaCoF3 are reconstructive in nature and for which we identify the orientation relationships. Major takeaways from the multigrain X-ray diffraction experiments are as follows: i) the decomposition from (ringwoodite + garnet) to (bridgmanite + davemaoite + ferropericlase) result in non-reconstructive 001 transformation textures in bridgmanite, 101 and 111 textures in davemaoite, and no preferred orientation in ferropericlase. ii) With further deformation, bridgmanite changes to 100 and 010 orientations with no change in either davemaoite or ferropericlase. iii) Textures in bridgmanite and davemaoite in pyrolite minus olivine are similar to those observed in our experiments on pure pyrolite.Finally, we use the results of these experiments to build a model for S and P-wave seismic anisotropy within a subducting slab and the surrounding mantle for multiple scenarios and compare our results to those of the literature. This interplay between experiments and seismic models are important in order to provide constraints on deformation, dynamics, and history of the Earth's interior

Aux limites des plaques tectoniques, la lithosphère est déformée et la déformation peut se localiser jusqu'à l'échelle kilométrique, avec formation de zones de cisaillement. Cela suggère que la résistance de la lithosphère est localement réduite. La formation de couches interconnectées de minéraux plus faibles mécaniquement est un mécanisme potentiel pour parvenir à un tel affaiblissement dans la lithosphère. Les péridotites serpentinisées sont couramment présentes dans et aux limites de plaques tectoniques. Elles sont principalement composées des minéraux serpentine et d'olivine, la serpentine étant généralement considérée comme étant plus déformable que l'olivine aux taux de déformation géologiques. La déformation devrait donc se distribuer préférentiellement dans la serpentine plutôt que dans l'olivine. Cela peut conduire à la formation de couches faibles interconnectées (IWL, pour « interconnected weak layer » en anglais) de serpentine, où la contrainte se localise.Ce travail est basé sur l'investigation microstructurale pour comprendre l'accommodation de la déformation dans les roches. Des agrégats d'olivine+serpentine sont utilisés comme proxy pour les péridotites partiellement serpentinisées. Ces agrégats sont déformés en torsion sous haute pression (HP, > 2 GPa) et hautes températures (HT, > 300°C) à un taux de déformation équivalent de 10-4 s-1. Les expériences sont couplées avec de la tomographie in-situ par contraste d'absorption de rayons X. J'obtiens des informations microstructurales en 2D et 3D sur la connectivité et l'orientation de la fabrique de la serpentine, plus déformable. La microscopie électronique est réalisée sur les échantillons post mortem pour relier les observations de tomographie en rayons X aux propriétés plastiques des phases.Je décris tout d'abord les procédures spécifiques, expérimentales et d'analyses d'images in situ, pour la déformation sous haute pression. Ensuite, j'étudie la déformation des agrégats sous un cisaillement croissant à plusieurs échelles d'observation. Le but principal est d'observer la formation et le développement des IWL. Les relations entre la morphologie et les propriétés plastiques des phases dans la roche sont étudiées pour comprendre la localisation de la déformation dans la péridotite partiellement serpentinisée.Les principaux résultats montrent que le régime de déformation dans les agrégats d'olivine + serpentine peut être décrit comme semi-fragile, la phase dominante olivine (plus résistante mécaniquement) présentant principalement une déformation fragile, tandis que la phase serpentine (plus déformable) montre un style de déformation ductile. Un cisaillement γ d'environ 4-5, une teneur en serpentine de 20 % en volume, et une fraction initiale de grands clusters (volumes de serpentine) > 15 % en volume, sont des conditions pour une configuration IWL dans les agrégats d'olivine + serpentine. Inversement, à une teneur en serpentine d'environ 10 % en volume, la configuration IWL ne se produit pas, indépendamment du cisaillement ou de la distribution de taille des clusters initiaux de serpentine. Dans ce cas, un comportement de type « load bearing framework » (LBF) est observé où les grains d'olivine se bloquent et sont broyés lors de la déformation, entraînant une réduction de la taille des grains. Ces grains réduits pourraient accommoder une grande partie de la déformation dans la roche.Ces résultats suggèrent que des teneurs en serpentine > 10 vol.% ou ca. 20 vol.% définissent un seuil clé pour des changements cruciaux dans la morphologie de la serpentine dans les péridotites serpentinisées déformées. Celui-ci pourrait correspondre à des changements importants dans la rhéologie et les propriétés mécaniques de la roche.Enfin, au vu de ces résultats je donne des perspectives sur la localisation de la déformation et l'initiation des zones de cisaillement dans la lithosphère
At plate tectonic boundaries, the lithosphere is deformed and strain localization occurs up to kilometers-scale, which can manifest in form of shear zones. The strain localization suggests the strength of the lithosphere is locally weakened. The formation of interconnected layers of weaker minerals in the lithosphere is a potential mechanism to achieve such weakening. Serpentinized peridotite is commonly found within and between tectonic plates. It is mainly composed of olivine and serpentine minerals. The latter is generally accepted to be weaker than olivine at geological strain rates. During deformation, strain is thus expected to preferentially partition into serpentine than into olivine. This can lead to the formation of interconnected weak layers (IWL) of serpentine where strain localizes.The present work is based on microstructural investigation to infer the strain accommodation in rocks. Olivine+serpentine aggregates with two compositions (10 and 20 vol.% serpentine) are used as a proxy for partially serpentinized peridotites. The aggregates are experimentally deformed in torsion at high pressures (HP, > 2 GPa) and high temperatures (HT, > 300°C) at an equivalent strain rate of 10-4 s-1. The experiments are coupled with in-situ absorption contrast X-ray tomography. I obtain 2D and 3D information on connectivity and structural layering in the microstructure of the ‘weak' serpentine. Electron microscopy is performed on recovered samples to link the in-situ X-ray tomography observations to the plastic properties of the phases.I first outline experimental and image-data processing procedures specific to in-situ HP experimental deformation. Then, I study the deformation of the aggregates with increasing shear deformation at multiple scales of observations. The main aim is to observe the onset and development of IWL in its microstructure. The relations between the morphology and plastic properties of the phases in the rock are investigated to understand the strain localization in serpentinized peridotite.The main results show the deformation regime in olivine+serpentine aggregates can be described as semi-brittle, with the dominant phase of olivine (‘stronger') mainly displaying brittle deformation, whereas the serpentine (‘weaker') showing a dominant ductile-style deformation. A strain γ of ca. 4-5, serpentine content of ca. 20 vol.%, and initial fraction of large clusters >15 vol.% determine the condition for IWL configuration in the olivine+serpentine aggregates. Conversely, at serpentine content of ca. 10 vol.%, IWL do not occur, independently of strain or initial clusters size distribution of serpentine. This is more consistent with a load-bearing framework (LBF) behavior, where the stronger olivine grains are jammed, and during deformation crush one another, leading to grain size reduction and accommodating much of the deformation in the rock. These findings suggest contents of serpentine >10 vol.% or ca. 20 vol.% define a threshold for crucial changes in the morphology, connectivity, percolation, of the weak serpentine in serpentinized peridotites under shear. This may lead to important changes in deformation behavior and mechanical properties of the rock.In light of these findings, I give some perspectives for strain localization and shear zones initiation in the lithosphere

Ce manuscrit présente une étude expérimentale de l’effet de pression sur rhéologie de l’olivine et de la forstérite aux conditions du manteau supérieur. En effet, certains aspects de la géodynamique de l’intérieur de la Terre restent méconnus. En particulier, le manteau supérieur, en convection, présente une anisotropie sismique dont l’amplitude diminue avec la profondeur et l’olivine, composant principal du manteau supérieur, possède des propriétés mécaniques mal comprises. Des polycristaux d’olivine et de forstérite sont déformés en presse D-DIA entre 3 et 8 GPa et 1373-1673 K. A l’aide de rayonnement synchrotron, une méthode d’analyse est mise au point pour mesurer in situ les contraintes et le développement de textures dans les échantillons. Ces résultats sont ensuite complétés par des analyses en microscopie électronique en transmission. Ces données expérimentales permettent de contraindre les lois rhéologiques en déformation par fluage-dislocation, en conditions « hydratées » et jusque 8 GPa. Un effet de pression est observé avec un volume d’activation de 12,8 (5) cm3.mol-1 pour l’olivine. Ce paramètre est de 12,5 ± 5 cm3.mol-1 pour la forstérite, avec un exposant de contrainte déterminé à n’= 2,35 (0,6). L’effet d’eau est moins marqué que celui de la pression, et le fer rend l’olivine plus ductile que la forstérite. Les textures développées au cours des expériences montrent un plan de glissement (010) dominant en-dessous de 8 GPa. Au-delà, d’autres systèmes de glissement et/ou un autre mécanisme de déformation entrent en jeu. Cette transition de textures est bien corrélée avec la chute d’anisotropie observée dans le manteau supérieur en-deçà de 200 km
This manuscript presents an experimental investigation of the effect of pressure on the rheology of olivine and forsterite. Indeed, the geodynamics of the Earth’s interior is not always well understood and needs input for experimental data. The movements of materials in the Earth mantle induce plastic deformation of the constitutive minerals and, particularly, are connected to the rheology of olivine, the main constituent of the upper mantle. Polycristalline olivine and forsterite are deformed in D-DIA at pressure-temperature conditions of the upper mantle, from 3 to 8 GPa and 1373-1673 K. Coupled with synchrotron radiations, applied stresses and developed lattice preferred orientations are measured in situ, with the addition of transmission electron microscopy observations on the run products. From these experimental data, rheological laws have been determined in dislocation-creep regime, under “wet” conditions and below 8GPa for both of these minerals. Pressure effect is observed with an activation volume of 12.8 ± (5) cm3.mol-1 for olivine. For forsterite, this parameter is 12.5 ± 5 cm3.mol-1, with a stress-exponent of n’= 2.35 (0.6). The water influence is apparently not significant compared to the pressure effect, and the iron-bearing olivine is more ductile than iron-free olivine.Developed textures show a dominant slip-system along the (010) plane below 8 GPa. Above, textures are weaker, leading to the conclusion that others slip-systems and/or deformation mechanisms take a part in the plasticity of the olivine. This transition is well correlated with the decreasing of the observed seismic anisotropy of the upper mantle below -200 km

Ce manuscrit présente une étude expérimentale de l’effet de pression sur rhéologie de l’olivine et de la forstérite aux conditions du manteau supérieur. En effet, certains aspects de la géodynamique de l’intérieur de la Terre restent méconnus. En particulier, le manteau supérieur, en convection, présente une anisotropie sismique dont l’amplitude diminue avec la profondeur et l’olivine, composant principal du manteau supérieur, possède des propriétés mécaniques mal comprises. Des polycristaux d’olivine et de forstérite sont déformés en presse D-DIA entre 3 et 8 GPa et 1373-1673 K. A l’aide de rayonnement synchrotron, une méthode d’analyse est mise au point pour mesurer in situ les contraintes et le développement de textures dans les échantillons. Ces résultats sont ensuite complétés par des analyses en microscopie électronique en transmission. Ces données expérimentales permettent de contraindre les lois rhéologiques en déformation par fluage-dislocation, en conditions « hydratées » et jusque 8 GPa. Un effet de pression est observé avec un volume d’activation de 12,8 (5) cm3.mol-1 pour l’olivine. Ce paramètre est de 12,5 ± 5 cm3.mol-1 pour la forstérite, avec un exposant de contrainte déterminé à n’= 2,35 (0,6). L’effet d’eau est moins marqué que celui de la pression, et le fer rend l’olivine plus ductile que la forstérite. Les textures développées au cours des expériences montrent un plan de glissement (010) dominant en-dessous de 8 GPa. Au-delà, d’autres systèmes de glissement et/ou un autre mécanisme de déformation entrent en jeu. Cette transition de textures est bien corrélée avec la chute d’anisotropie observée dans le manteau supérieur en-deçà de 200 km
This manuscript presents an experimental investigation of the effect of pressure on the rheology of olivine and forsterite. Indeed, the geodynamics of the Earth’s interior is not always well understood and needs input for experimental data. The movements of materials in the Earth mantle induce plastic deformation of the constitutive minerals and, particularly, are connected to the rheology of olivine, the main constituent of the upper mantle. Polycristalline olivine and forsterite are deformed in D-DIA at pressure-temperature conditions of the upper mantle, from 3 to 8 GPa and 1373-1673 K. Coupled with synchrotron radiations, applied stresses and developed lattice preferred orientations are measured in situ, with the addition of transmission electron microscopy observations on the run products. From these experimental data, rheological laws have been determined in dislocation-creep regime, under “wet” conditions and below 8GPa for both of these minerals. Pressure effect is observed with an activation volume of 12.8 ± (5) cm3.mol-1 for olivine. For forsterite, this parameter is 12.5 ± 5 cm3.mol-1, with a stress-exponent of n’= 2.35 (0.6). The water influence is apparently not significant compared to the pressure effect, and the iron-bearing olivine is more ductile than iron-free olivine.Developed textures show a dominant slip-system along the (010) plane below 8 GPa. Above, textures are weaker, leading to the conclusion that others slip-systems and/or deformation mechanisms take a part in the plasticity of the olivine. This transition is well correlated with the decreasing of the observed seismic anisotropy of the upper mantle below -200 km

Les matériaux à électrons fortement corrélés comptent parmi les systèmes les plus intrigants en raison de la richesse de leurs propriétés remarquables découvertes au cours de ces dernières décen nies telles que la supraconductivité haute Tc, la magnétorésistance colossale ou les conducteurs organiques. Lors de cette thèse, deux types de matériaux fortement corrélés récents ont été étudiés la quadruple pérovskite EuCu3fe4O12 et les conducteurs organiques type {Au(Et-thiazdt)2]. Le premier système présente une transition métal isolant à basse température (240K) tandis que le second transite isolant de MoU - métal sous pression. Grâce à des mesures de microspectroscopie infrarouge en conditions extrêmes, nous avons pu sonder l’électrodynamique de basse énergie de ces composés. Des calculs ab-initio de structure électronique nous ont alors permis de comprendre les mécanismes à l’origine des observations et de mieux connaître le rôle des corrélations électroniques
Materials with strongly correlated electrons belong to the most intriguing systems in condensed matter physics due to their great variety of properties discovered during the last decades such as high temperature superconductivity, molecular conductors and colossal magnetoresistance. During this thesis, two types of strongly correlated materials have been studied: the quadruple perovskite EuCu3fe4Oi2 and the molecular conductors [Au(Et-thiazdt)2J. EuCu3Fe4Oi2 undergoes a metal to insulator transition at low temperature (240K), and [Au(Et-thiazdt)2J goes from a Mott insulator to a correlated metal state under high pressure. Infrared microspectroscopy measurements allowed us to probe the low energy electrodynamic of these systems. Ab-initio calculations were also used to understand the mechanisms of the transitions and the role of electronic correlations in the material