Recherche - Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés

La thématique del'équipe "Minéralogie de l'intérieur de la Terre" porte sur l'étude des propriétés physiques et chimiques des matériaux de la Terre profonde.

Ses activités de recherche sont focalisées sur la détermination de la composition et de la structure des enveloppes internes des planètes telluriques, avec un effort particulier porté sur la Terre. Son approche est essentiellement expérimentale et passe par l'étude des propriétés physiques et chimiques de matériaux d’intérêt géophysique.

L'analyse de roches peu ou non différenciées du système solaire comme les météorites permet de connaître la composition globale du système Terre. En choisissant des minéraux ayant cette chimie, et en les soumettant aux conditions de pression et de température de la Terre dans le laboratoire, nous pouvons étudier les transformations et les propriétés des minéraux de la Terre profonde et ce grâce à des moyens d'analyse et de diagnostic in situ tel que la diffraction de rayons X ou la spectroscopie Raman. Les échantillons sont comprimés dans des cellules à enclumes en diamant (permettant d'atteindre des pressions de plus de 2 millions d'atmosphères, soit la pression régnant dans le noyau liquide externe de la Terre) et chauffés par des lasers infrarouges qui permettent d’atteindre des températures de l’ordre de 4000 à 5000 degrés ; nous sommes alors dans le domaine des conditions extrêmes !

Activités :

• L’étude des propriétés élastiques (densité, compressibilité, vitesses du son) dans ces matériaux permet d'établir, pour chacun des modèles de composition minéralogique et chimique, des profils de densité et de vitesse de propagation d'ondes acoustiques, que l'on peut comparer aux modèles sismologiques de référence. Ainsi, en couplant minéralogie en conditions extrêmes, sismologie et cosmochimie, on peut affiner les modèles de structure et de composition de la Terre.

• L’étude des propriétés électroniques (valence, état de spin, etc.) permet de comprendre la chimie fine qui se produit dans ces conditions de pression et de température. Ainsi, nous pouvons mettre en évidence des changements de caractère de certains éléments avec la pression (potassium, fer, cérium, etc.) et relier ces changements à des observables géophysiques et aux modèles géochimiques de la Terre. Il est clair que les équilibres et les réactions chimiques en conditions extrêmes peuvent être très différents de ce à quoi nous sommes habitués dans notre environnement de tous les jours à 1 atmosphère et quelques degrés !

• La pétrologie expérimentale en conditions extrêmes, nouvelle thématique développée au laboratoire, est la science de l’étude des roches synthétisées dans les conditions de la Terre profonde. Là ou nous travaillons précédemment sur les propriétés des minéraux, ici nous le faisons sur des roches. Au lieu de travailler sur un minéral du manteau terrestre, nous travaillons sur un assemblage de minéraux, et nous approchons donc le plus possible du véritable système Terre. À la clé, la compréhension de la différentiation précoce de la terre (formation du noyau, cristallisation du manteau) et des processus de fusion dans la Terre actuelle (à l’interface noyau-manteau, par exemple).

Les recherches sont articulées autour de quatre thèmes principaux :

1. la pétrologie expérimentale en conditions extrêmes de pression et de température
2. la mesure des propriétés élastiques et des propriétés de transport des phases de haute pression
3. le comportement des éléments majeurs et traces dans les phases du manteau terrestre
4.  la détermination de la structure et de la composition des noyaux planétaires (liquides et solides) métalliques.

Un volet de recherche est également consacré au stockage minéral du dioxyde de carbone, activité programmatique de l’IPGP, que nous étudions au travers de mesures de cinétiques de carbonatation de silicates mis en contact avec des fluides riches en CO₂.