Structure et dynamique de l’intérieur de la Terre 2

Ce chapitre expose les méthodes expérimentales et les modélisations thermodynamiques qui permettent de recréer ou de simuler au laboratoire les conditions de l’intérieur du globe, afin de prédire la nature et l’évolution de la minéralogie en fonction de la profondeur. Après une présentation des différentes espèces minérales du manteau terrestre, les diagrammes de phase des principales lithologies sont détaillées. Celles-ci sont essentielles afin de pouvoir interpréter les observations sismologiques.

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.

Afin de comprendre la distribution de l’eau sous ses différentes formes sur Terre, il faut pouvoir connaître les flux entre les différents réservoirs ainsi que leurs volumes et leurs composition isotopiques. Ce chapitre présente les fondamentaux du cycle profond de l’hydrogène et les mécanismes de stockage de l’hydrogène dans les minéraux du manteau terrestre sous forme de défauts ponctuels, sa spéciation et l’implication sur le fractionnement isotopique de l’hydrogène entre fluides et minéraux.

Comprendre la différentiation du manteau terrestre exige de porter une attention particulière au carbone et à l’hydrogène. Ce chapitre synthétise l’apport de la pétrologie expérimentale dans la compréhension de l’effet du CO2 et de H2O sur la fusion du manteau terrestre et sur la composition des magmas produits avec une mention particulière sur la signature géophysique de tels liquides.

Ce chapitre explique les principaux concepts thermodynamiques reliant l’état redox des minéraux du manteau et la fugacité d’oxygène ainsi que l’implication pour la spéciation des fluides dans le manteau. Après une présentation détaillée des différents oxybaromètres, la fugacité d’oxygène du manteau est exposée pour les différents contextes tectoniques.

Afin d’interpréter les observations sismiques en termes de composition chimique et/ou de minéralogie, il est essentiel de connaître les propriétés élastiques (modules de compressibilité et de cisaillement) ainsi que les densités de chaque minéral à l'intérieur de la Terre aux conditions de pression et de température appropriées. Ce chapitre présente les principes théoriques de base et les principales techniques expérimentales.

Dans ce chapitre, nous présentons les défauts (défauts ponctuels, dislocations, joints de grains) impliqués dans les mécanismes physiques de la déformation plastique ainsi que les observables clés qui permettent de déduire l'existence d'une déformation ductile dans les roches et les minéraux du manteau terrestre profond, puis les dernières avancées notables dans ce domaine scientifique.

Comme la plupart des régions de l'intérieur de la Terre restent inaccessibles, la conductivité électrique des phases constitutives de la Terre profonde intéresse un large éventail de spécialistes, notamment les minéralogistes et les géophysiciens, pour comprendre la géodynamique actuelle. Ce chapitre rappelle les principes de base de la conductivité électrique et les caractéristiques des minéraux qui composent notre planète.