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Xu, Yigang. "Hétérogénéïté du manteau supérieur sous l'est de la Chine : faille de Tanlu et régions adjacentes : les enclaves de péridotites dans les basaltes cénozoïques." Paris 7, 1994. http://www.theses.fr/1994PA077107.
Full textAbstract:
L'etude sur les enclaves de peridotite montre une heterogeneite extreme du manteau superieur a l'aplomb de la faille de tanlu et de ses regions adjacentes (est de la chine). Ces heterogeneites sont l'empreinte de differents processus mantelliques intervenus avant l'eruption des magmas-hotes: une fusion partielle a l'origine des series de spectre petrologique et chimique allant d'une lherzolite primitive a une dunite, en passant une harzburgite deprimee ; un metasomatisme responsable de l'enrichissement en elements incompatibles des roches deprimees et la modification de composition modale ; une remontee diapirique locale de la lithosphere (jusqu'a 35 km) avec reequilibration thermique au contact du manteau environnant. Ces trois processus sont lies les uns aux autres differemment suivant les gisements. La deformation exceptionnellement intense mise en evidence par les mylonites lherzolitiques de yitong, temoigne d'une reactivation de zones de cisaillement mantelliques au moment de l'eruption. Ces zones de cisaillement sont liees au developpement de la faille de tanlu pendant le cenozoique. La presence de wehrlites a grains fins (< 0. 2 mm), qui resultent d'une interaction ancienne entre des peridotites et les liquides infiltres, indique que ces zones de faiblesse du manteau sont les chemins preferentiels pour la circulation de fluides. Le paleogeotherme estime a partir des enclaves de l'est de la chine est caracterise par une augmentation de la temperature en fonction de la profondeur plus rapide que pour le geotherme sous-cratonique. Il ressemble a celui du se de l'australie et est inferieur a ceux des regions actuellement actives. Ceci indique une etape de la maturation au cours de l'evolution tectonique de l'est de la chine pendant le cenozoique. Compte tenu de la presence de kimberlites diamantiferes paleozoiques, le geotherme cenozoique eleve suggere une perte d'epaisseur de la lithosphere d'environ 120 km sous le nord de la chine au cours de 400 ma, par l'erosion thermique
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Chen, Huan. "The rôle of the Pacific subduction in the genesis of Cenozoic basalts in eastern China : New constrains from water content and oxygen isotope composition." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10019/document.
Full textAbstract:
Cette étude met en évidence le rôle de la subduction Pacifique dans la genèse des basaltes est- chinois à l’aide de la mesure de leur teneur en eau par infrarouge en transformé de Fourier (IRTF) et de leur composition isotopique en oxygène analysée par sonde ionique (SIMS). Les valeurs en δ18O des phénocristaux de clinopyroxènes (cpx) des basaltes de Shuangliao, varient entre 4.10‰ et 6.73‰. Elles suggèrent la présence d’une croûte océanique recyclée (ROC) dans la source magmatique. La forte valeur de la concentration en H2O et du rapport H2O/Ce de la source magmatique (0.90-3.06 pds.%, 158-737), suggère également la contribution de sédiments riches en eau à la source. Par contre, les basaltes de Wulanhada ont une teneur en eau nettement plus faible (0.21-0.69 pds.%). Leur δ18O élevé (5.49-7.38 ‰) et la corrélation du rapport H2O/Ce avec 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U et Ce/Pb indiquent clairement une contribution de sédiments déshydratés dans la source, en plus de la croûte (ROC). Dans les basaltes de Chaihe-aershan, le δ18O des cpx ainsi que la teneur en H2O initiale du magma varient sur une large gamme (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 pds.%). À partir de la comparaison entre le δ18O des phénocristaux de cpx, H2O/Ce, Ba/Th et l’anomalie en Eu en roche totale, nous avons clairement identifié trois composantes distinctes dans la source magmatique : une croûte océanique supérieure avec des sédiments marins, une croûte océanique inférieure gabbroïque altérée et le manteau au voisinage de la source. Les mesures faites sur les basaltes ultra potassiques de Xiaogulihe révèlent des teneurs en H2O et des rapport H2O/Ce faibles (0.36-0.50 pds.%, ~15). Les valeurs en δ18O des phénocristaux d’olivine de ces basaltes, couplées à des valeurs basses en 206Pb/204Pb et relativement hautes en 87Sr/86Sr de la roche, suggèrent que l’origine de ces basaltes est très probablement liée à la présence de sédiments anciens fortement déshydratés, riches en potassiumThis work is focused on the role of the Pacific subduction on the genesis of the Cenozoic continental basalts in eastern China, based on the approaches of the water contents (analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)) and oxygen isotope compositions ( analyzed by Secondary ion mass spectrometry (SIMS)).The δ18O values of cpx phenocrysts in the Shuangliao basalts range from 4.10‰ to 6.73‰, which provides a strong evidence for the contribution of recycled oceanic crust (ROC) in the mantle source. Combined with the high H2O content and H2O/Ce ratios of the “primary” magma (0.90-3.06 wt.%, 158-737), the contribution of water-rich sediment component has also been suggested. Unlike the Shuangliao basalts, the Wulanhada basalts have lower H2O contents (0.21-0.69 wt.%). The high oxygen isotope compositions (5.49-7.38 ‰) and the correlations of H2O/Ce with 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U and Ce/Pb ratios indicate that the contributions of a significantly dehydrated sediments and ROC to the mantle source. In Chaihe-aershan basalts, the δ18O values of cpx phenocrysts and the H2O contents of “primary” magmas vary widely (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 wt.%).Three components (altered upper oceanic crust and marine sediments, altered lower gabbroic oceanic crust, ambient mantle) have been identified in the mantle source based on the relations between δ18O values of the cpx phenocrysts, H2O/Ce and Ba/Th ratios and the Eu anomaly of bulk rock. For the Xiaogulihe ultrapotassic volcanic rocks, the estimated H2O contents and H2O/Ce ratios are low (0.36-0.50 wt%, ~15). Combined with the high δ18O values of olivine phenocrysts, the low 206Pb/204Pb ratios and moderately high 87Sr/86Sr ratios of the bulk rock, we concluded that highly dehydrated ancient sediments could be a most likely candidate for the K-rich component in the mantle source
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Counil, Jean-Louis. "Contribution du géomagnétisme à l'étude des hétérogénéités latérales de la croûte et du manteau supérieur." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA077284.
Full textAbstract:
Une premiere partie est consacree a l'analyse des donnees de la variation journaliere des champs telluriques et magnetiques, il apparait que le manteau superieur est homogene a l'echelle d'un continent mais que par contre ses proprietes electriques varient d'un continent a l'autre, les variations sont compatibles avec les resultats de la tomographie sismique. Dans la deuxieme partie les donnees enregistrees par magsat sont utilisees pour tracer des cartes d'anomalies crustales du champ magnetique terrestre dans la region caraibes-amerique centrale. Des correlations entre ces cartes d'anomalies et les unites geodynamiques sont etudiees
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Insergueix, Delphine. "Modélisation numérique de la lithosphère en subduction dans le manteau supérieur terrestre." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112268.
Full textAbstract:
L'objectif de cette etude numerique 2d est de preciser les interactions entre la dynamique du manteau superieur terrestre et la subduction sous des angles et a des vitesses varies des plaques lithospheriques. Un premier modele, cartesien, en differences finies et integrant des conditions aux limites specifiques dont cinematiques pour une subduction avancee predit le controle de la dynamique interne par la plaque qui va subducter meme a faible vitesse pour des nombres de rayleigh realistes entre 6. 10#4 et 2,5. 10#5. Dans le cas de subductions plus pentues, l'equilibre dynamique entre la meme plaque et le manteau sous-jacent est realise pour une vitesse de subduction d'autant plus elevee que l'intensite de convection est elevee. Pour un nombre de rayleigh superieur a une valeur critique comprise entre 6. 10#4 et 1,2. 10#5, une subduction tres pentue est associee a une petite echelle laterale de convection sous la plaque chevauchante, immobile, au contraire d'une subduction moins pentue. Ce resultat est correle avec l'extension d'arriere-arc observee dans le cas de subductions pentues. Inspire du precedent, un modele d'initiation d'une subduction au niveau d'une dorsale medio-oceanique a ete developpe. Ce modele predit une deviation du panache chaud initial vers le coin asthenospherique superieur, responsable de conditions magmatiques particulieres dont un temoignage sur terre est observe pour la fosse d'izu-bonin. Un troisieme modele a ete developpe en methodes spectrales dans un domaine dont la forme parallelogramme est adaptee a la geometrie de subduction. Les resultats preliminaires de l'etude de subductions avancees et tres pentues suggerent l'existence d'un angle et d'une vitesse de subduction critiques pour l'evolution de la dynamique interne sous une plaque chevauchante immobile. L'usage de conditions aux limites en particulier cinematiques permet de prendre en compte avec succes les caracteristiques d'une plaque en subduction (rigidite, vitesse, pendage et profondeur de subduction) dans un modele convectif et de discuter des implications dynamiques, thermiques, tectoniques et magmatiques au voisinage d'une zone de subduction.
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Nolasco, Maria Rita. "Sondages éléctromagnétiques en domaine océanique appliqués à l'étude du manteau supérieur en contexte de point chaud intraplaque." Brest, 1998. http://www.theses.fr/1998BRES2038.
Full textAbstract:
Le premier objectif de cette these concerne l'etude de la conductivite electrique du manteau superieur oceanique, dans les regions de deux points chauds, de Tahiti et d'Hawaii, en utilisant des enregistrements des variations transitoires des champs electromagnetiques. L'analyse de ces enregistrements, pour la region de tahiti, a montre une region heterogene allongee suivant la direction de l'alignement de la chaine volcanique. Cette region est limitee en amont de la position du point chaud (sa manifestation en surface) et a une largeur de 270km. Il n'est pas observé un amincissement de la lithosphere, mais on observe une lithosphere globalement plus conductrice que celle observée pour le manteau normal (qui n'est pas affecte par l'activite du point chaud), ce qui peut se justifier par la presence d'une phase fondue. Pour des profondeurs entre la base de la lithosphere et 300 km, il est observe un manteau qui est appauvri d'une phase conductrice qui peut etre de l'eau ou de la phase fondue. Ceci peut indiquer la profondeur a laquelle il commence a y avoir fusion. La variation de la conductivite en profondeur relativement a la variation observee dans le manteau normal, montre l'existence d'une anomalie thermique positive (350\50\c) au moins aux profondeurs d'environ 400km. Pour le point chaud d'hawaii nous n'observons pas non plus d'amincissement de la lithosphere. Les donnees sont compatibles avec une couche plus resistante que le manteau normal, entre la base de la lithosphere et une profondeur d'environ 180km. Il s'agit d'une structure similaire a celle observee pour le point chaud de tahiti mais ici jusqu'a des profondeurs moins importantes. L'autre objectif de ce travail concerne les effets de source. Aux latitudes de tahiti des effets de source dans l'utilisation des enregistrements magnetiques (composante vertical-composantes horizontales) sont observes. Notamment nous observons aux longues periodes une polarisation du champ source, avec le champ magnetique polarise suivant la direction est-ouest. Aux courtes et moyennes periodes l'effet de source n'est pas observe en utilisant que les enregistrements de nuit des champs.
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Lévêque, Jean-Jacques. "Etude du manteau supérieur de la terre par inversion anisotrope des ondes de surface et de leurs harmoniques." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1987. http://www.theses.fr/1987STR13028.
Full textAbstract:
On etudie la structure du manteau superieur de la terre situe sous l'ocean pacifique par un traitement approprie des sismogrammes. On utilise tout d'abord un algorithme permettant d'obtenir la vitesse de phase des differents modes des ondes de surface. Les donnees obtenues ne peuvent s'expliquer que dans l'hypothese d'une anisotropie causee par la presence, dans le manteau, de cristaux d'olivine orientes dans une direction parallele au mouvement de la plaque pacifique. Dans un deuxieme temps, on developpe et on montre l'efficacite d'une methode d'inversion de formes d'ondes
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Granet, Michel. "Tomographie de la croûte et du manteau supérieur déduite des signaux sismologiques courtes périodes et algorithmes de traitement des données ReNaSS." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1987. http://www.theses.fr/1987STR13018.
Full textAbstract:
Algorithmes developpes pour l'exploitation en routine des donnees du reseau national de surveillance sismique. Bref apercu de la sismicite francaise. Application des reseaux cp a des etudes de tomographie. Une premiere application concerne le facteur de qualite. Il est calcule par une methode basee sur les spectres des ondes p de seismes locaux et inverse dans une geometrie de bloc. Application au jura souabe. Etude 3-d des vitesses dans le fosse rhenan superieur. Enfin etude des vitesses sous la france
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Gibert, Benoit. "Etude expérimentale de la diffusion thermique dans les monocristaux d'olivine et dans les roches du manteau supérieur." Montpellier 2, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007214.
Full text
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Bollinger, Caroline. "Rhéologie de l’olivine polycristalline aux conditions du manteau supérieur : étude en D-DIA." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10038/document.
Full textAbstract:
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 kmThis 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
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Mocquet, Antoine. "Structure tri-dimensionnelle du manteau supérieur sous l'océan atlantique d'après l'étude des ondes de Rayleigh longue période." Rennes 1, 1988. http://www.theses.fr/1988REN10136.
Full textAbstract:
L'un des buts de la sismologie est de décrire la structure profonde du globe. Récemment, de nouvelles techniques d'inversion des données ont été mises au point, tandis que de nouveaux réseaux sismologiques de plus en plus denses et performants étaient installés, permettant une meilleure connaissance de l'inte��rieur de la Terre. L'étude tri-dimensionnelle du manteau supérieur sous l'Océan Atlantique grace à l'inversion des données sismologiques longue période s'inscrit dans le cadre de ces recherches. Ce travail se décompose en 3 étapes. Tout d'abord, les vitesses de groupe et de phase du mode fondamental de Rayleigh sont mesurées sur 86 trajets directs séisme-station à travers l'Océan Atlantique, En utilisant la composante verticale d'enregistrements Géoscope très longue période (VLP), complétés par des données IDA et GDSN, Pour un domaine de périodes compris entre 50 et 200 s. Les vitesses obtenues sur chaque trajet sont ensuite corrigées des perturbations dues aux couches superficielles de la Terre jusqu'à la base de la croûte terrestre, puis régionalisées à période constante. Cette régionalisation est effectuée sous forme continue, sans à-priori géographique. L'inversion simultanée des cartes de vitesses de groupe et de phase à période constante montre que les vitesses d'ondes S se répartissent principalement suivant deux distributions : la première est corrélée à l'âge du plancher océanique et est mieux exprimée, jusqu'à de grandes profondeurs, dans l'Atlantique Nord. La deuxième présente des anomalies orientées Est-Ouest, alternativement lentes et rapides suivant une direction Nord-Sud. Dans l'Atlantique sud, ce second type de distribution est bien corrélé géographiquement avec l'anomalie isotopique Dupal. Il pourrait aussi correspondre au sommet d'une cellule de convection induite par la subduction sud-américaine [. . . ]. Une tentative d'interprétation des profils de vitesses d'ondes S en termes de température conduit à considérer la lithosphère comme une couche thermique limite, dont l'épaisseur et la température à la base sont en accord avec les interprétations de flux de chaleur et de bathymétrie des fonds océaniques
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Lévy, Florence. "Deux aspects de l'influence des continents sur le manteau terrestre : initiation de la subduction : effet thermique des racines continentales." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077209.
Full textAbstract:
Cette thèse présente deux effets des continents sur le manteau terrestre. Une première partie porte sur l'initiation de la subduction. Nous proposons un modèle où la plongée de la lithosphère démarre au niveau des marges passives. La croûte continentale, peu dense et épaisse, présente une élévation par rapport au plancher océanique. Il en résulte des contraintes suffisantes pour induire son étalement sur la lithosphère océanique. La plaque océanique se fléchit alors et peut, dans certaines conditions, subducter. Nous étudions ce mécanisme par des expériences de laboratoire et des calculs théoriques. La lithosphère océanique est modélisée par une plaque élastique, le manteau sous-jacent et la croûte continentale par des fluides visqueux. Nous obtenons que la possibilité d'initier une subduction dépend à la fois des propriétés de la plaque océanique et de celles de la croûte continentale adjacente. Notre modèle explique par ailleurs certaines caractéristiques des marges passives. La seconde partie porte sur l'effet thermique des racines continentales. Nous présentons de nouvelles déterminations du flux de chaleur pour le nord du bouclier canadien, qui montrent une large zone à faible flux. Une modélisation conjointe des données de flux et de données tomographique à l'échelle du bouclier indique que le flux de chaleur à la base de la lithosphère présente des variations, associées à des changements d'épaisseur lithosphérique. Elle montre que la température potentielle sous le bouclier est comparable à celle estimée en domaine océanique. Le flux de chaleur basai est compatible avec une convection à petite échelle pour un manteau hydraté se déformant par dislocationsThis thesis presents two effects of continents on the terrestrial mantle. In a first part, we present a model of subduction initiation where the sinking of the lithosphere starts at passive margins. The continental crust is less dense and thicker than its oceanic counterpart, and is therefore elevated with respect to the oceanic floor. Lateral stresses associated with this topography difference are large enough to induce an extension of the continental crust, which spreads over the adjacent oceanic lithosphere. The latter deflects and in certain conditions, it may subduct. We study this process with laboratory experiments and theoretical calculations. The oceanic lithosphere is modelled by an elastic plate, and the continent and asthenosphere by viscous fluids. We find that the transition from a passive to an active margin depends on the properties of both the oceanic lithosphere and the adjacent continental crust. Our model also has implications for some characteristics of passive margins. In a second part, we study the thermal effect of continental roots. We present new surface heat flux determinations in the northern part of the Canadian Shield, which define a large zone of low heat flux. A joint modelling of heat flux data and tomographic data at the scate of the Shield shows variations of the heat flux at the base of the lithosphere, associated with changes of lithospheric thickness. It also indicates that potential temperature beneath the Shield is comparable to the one estimated in oceanic domains. The basal heat flux is consistent with small-scale convection for a mantle deforming by wet dislocation
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Sieminski, Anne. "Tomographie du manteau supérieur antarctique par les ondes de surface multimodes : Etude en théorie des rais et apport d'une théorie de propagation à fréquence finie." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2005. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2005/SIEMINSKI_Anne_2005.pdf.
Full textAbstract:
La tomographie sismique est un outil essentiel à la compréhension de la dynamique du manteau, notamment parce qu'elle pourrait imager les mouvements de convection. Dans la première partie de cette thèse, nous réalisons une tomographie en vitesse d'onde S du manteau supérieur antarctique par l'analyse d'ondes de surface multimodes, ce qui assure une bonne résolution verticale jusqu'à au moins la zone de transition. La résolution latérale est aussi meilleure que celle des études précédentes. Ont ainsi été imagées des anomalies lentes profondément enracinées sous l'Antarctique de l'Ouest. Ces anomalies sont des éléments nouveaux importants pour discuter l'origine du volcanisme de cette région. Cette étude s'insère de plus dans la construction d'un modèle global du manteau supérieur. La précision de ces images reste toutefois insuffisante pour détecter des objets étroits tels que les panaches mantelliques. Avec les données habituelles, la taille de ces structures approche en fait la limite théorique de la résolution latérale en théorie des rais, utilisée classiquement en tomographie. Afin d'améliorer la précision des images, la seconde partie de cette thèse propose donc une méthode de tomographie intégrant une théorie de propagation à fréquence finie dérivée du scattering linéarisé, plus précise. Appliquée à des données synthétiques, cette tomographie à fréquence finie remplit bien son objectif en donnant effectivement des images plus précises. Appliquée aux données réelles de l'Antarctique, les résultats ne sont pas aussi convaincants et on a même du mal à voir une amélioration des images. D'après ces premiers résultats, raffiner la théorie de propagation tel que nous l'avons fait ici ne semble donc pas être la solution décisive pour faire progresser d'un grand pas l'imagerie du manteau par les ondes de surface, du moins avec la qualité des données actuelles. D'autres aspects de la propagation restent à explorerSeismic tomography is a crucial tool to understand mantle dynamics particularly because it is a good way to image the convection motions. The first part of this work is a S-wave velocity tomography of Antarctica upper mantle by the analysis of multimode surface waves. Using these data insures a high vertical resolution down to at least the transition zone. The lateral resolution is also better than in previous studies. We have imaged deeply-rooted low-velocity anomalies beneath West Antarctica that are new and important elements to discuss the origin of the regional volcanism. This study is also part of the building of a global upper mantle model. However, these images are not accurate enough to detect narrow objects like mantle plumes. With the usual data set, the size of such structures is actually close to the theoretical limit of the lateral resolution in ray theory, commonly used in tomography. To improve the accuracy of the images, in the second part of this work, we therefore propose a tomography method including a finite frequency wave propagation deduced from first-order scattering theory, more precise than ray theory. Applied to synthetic data, this finite frequency tomography indeed succeeds in producing more precise images. When applied to the real antarctic data set, the results are not however convincing. An improvement of the imaging is even hardly observed. From these first results, improving the propagation theory as we have done here thus does not appear to be the conclusive solution to make tremendous progress in seismic imaging of the mantle from surface waves, at least with the quality of the present data sets. Other aspects of wave propagation should now be explored
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Amiguet, Élodie. "Déformation expérimentale de diopside dans les conditions de pression et température du manteau supérieur." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10001/document.
Full textAbstract:
La plasticité des minéraux aux conditions pression et température du manteau supérieur terrestre joue un rôle majeur dans les grand processus qui affectent la dynamique de l'intérieur de la Terre. Les propriétés des minéraux du manteau restent cependant mal connues à ce jour. L'objectif de ce travail est d'étudier la déformation sous pression des clinopyroxènes (au travers du diopside), qui sont un des constituants majeur du manteau supérieur. Des monocristaux orientés et des polycristaux de diopside ont été déformés dans les conditions de pression du manteau supérieur et pour des températures comprises entre 1000°C et 1400°C. Les expériences de déformation ont été réalisées en presse multi-enclume de type D-DIA couplée à un rayonnement synchrotron permettant la mesure in situ de la contrainte et de la déformation. Les microstructures des échantillons après déformation ont été caractérisées en Microscopie Electronique en Transmission. Les données mécaniques nous ont permis de déterminer la loi rhéologique de haute pression pour les systèmes 1/2<110> {110 }. A haute pression et haute température, les glissements 1/2<110> et [001] sont dominants. Les glissements [100] et [010], plus difficilement activables à basse pression et haute température, le restent à haute pression. Des modélisations VPSC basées sur nos résultats expérimentaux rendent parfaitement compte des textures observées dans nos polycristaux déformés expérimentalement comme de celles des échantillons déformés naturellement. Les clinopyroxènes ont tendance à réduire l'anisotropie sismique du manteau supérieurThe plasticity of mineraIs under Earth's upper mantle conditions plays a major role in the processes that affect the dynamics of the Earth's interior. The properties of mantle mineraIs are still not weIl constrained. The purpose of this work is to study the deformation of clinopyroxenes (taking diopside as a proxy) under pressure since they are a major constituent of the upper mantle. Oriented single-crystals as weIl as polycristals of diopside were deformed under upper mantle pressures and temperatures. Deformation experiments have been conducted using a D-DIA multi-anvil press coupled with synchrotron radiation in order to perform in situ stress and strain measurements. The microstructures of deformed samples were characterized by Transmission Electron Microscopy. Mechanical data have enabled us to determine the high-pressure rheological law for 1/2 <110>{110} glide systems. At high pressure and temperatures, 1/2 <110> and [001] slips are dominant while [100] and [010] slips remain the hardest slip systems. VPSC modeIling based on our experimental results agree weIl with the textures observed in our experimentaIly deformed polycrystals as weIl as those in naturaIly deformed samples. We conclude that clinopyroxenes tend to reduce the upper mantle seismic anisotropy
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Cadio, Cécilia. "Le volcanisme intraplaque dans le Pacifique central : apport de la gravimétrie spatiale." Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077188.
Full textAbstract:
L'origine du volcanisme intraplaque est encore mal connue et reste largement discutée. Les questions portent notamment sur l'origine, soit purement thermique, soit thermochimique, des processus responsables, ainsi que sur leur profondeur d'origine. De plus, la lithosphère, bien souvent déterminante dans l'expression du volcanisme en surface, rend parfois difficile l'interprétation directe des observables de surface en terme d'activité mantellique. Dans cette thèse, nous étudions dans un premier temps, la structure profonde du manteau sous le Pacifique central, région marquée par la présence de nombreuses chaines volcaniques. Pour cela, nous utilisons principalement les récentes données d'une qualité sans précédent issues de la mission gravimétrique GRACE et les modèles de dômes thermochimiques oscillants issus des expériences en laboratoire. Une analyse multi-échelle du géoïde, permettant de séparer efficacement les différentes composantes, souligne deux anomalies à grandes échelles : la première, bien connue, est négative et recouvre la Polynésie française, la seconde est positive et située à 600 kilomètres à l'est des îles de la Ligne. Nous l'appliquons également au géoïde calculé à partir des modèles de dômes thermochimiques oscillants. La comparaison, échelle par échelle, entre les géoïdes observés et synthétiques révèle que ces instabilités thermochimiques expliquent très bien les anomalies observées et constituent de bons candidats pour l'origine du volcanisme en présence, actuel (Polynésie française) et passé (les îles de la Ligne, Shatsky Rise et Darwin Rise). Nous apportons également des contraintes sur la densité et la limite supérieure des dômes. Dans un second temps, nous nous intéressons à l'interaction entre un panache mantellique et la lithosphère océanique, en nous attachant essentiellement à l'exemple du point chaud d'Hawaii. Une nouvelle méthode de calcul d'admittance et de cohérence en ondelettes, nous permettant d'accéder aux variations spatio- fréquentielles du rapport géoïde sur topographie sur le bombement hawaiien a été développée. Les résultats obtenus, qui rejoignent les récentes observations sismiques, témoignent d'un amincissement progressif de la lithosphère en s'éloignant du point chaud. Ces observations combinées à des études de convection indiquent que le bombement hawaiien serait en grande partie supporté dynamiquement par un panache mantellique. Toutefois, la partie centrale du bombement, réchauffée par le matériel du panache, serait le siège d'une convection secondaire à plus petite échelle, capable d'éroder significativement la lithosphèreThe origin of intraplate volcanism is a controversial topic. We especially question on the purely thermal or thermochemical origin of the involved geodynamical processes and on their origin depth. Moreover, the lithosphere may influence the volcanism and make tough the interpretation of surface observations in term of the mantle activity. In this thesis, we study, in a first part, the deep mantle structure under the Central Pacific, area marked by numerous volcanic structures. To that aim, we mainly use new high-quality satellite gravity data from the GRACE mission and the thermochemical oscillating dome models resulting from laboratory experiments. A multi-scale analysis, which allows us to unfold the different components of the geoid signal, underline two large-scale anomalies : the first, well-known, is negative and recovers the French Polynesia, the second, is positive and located 600 km east of the Line Islands chain. We also apply it on calculated geoid from the thermochemical oscillating dome models. The comparison, scale by scale, between the observed and synthetic geoid evidence that these thermochemical instabilities are consistent with the geoid anomalies and constitute a good candidate to explain the volcanism occurring in the Pacific, now (French Polynesia) and in the past (Line Islands, Shatsky Rise and Darwin Rise). We also bring constraints on the density and the upper bound of the domes. In a second part, we study the interaction between a mantle plume and the oceanic lithosphere, and focus on the example of Hawai. We develop a new method to compute wavelet admittance and wavelet coherence, which allows us to access the space-frequency variations of the geoid-to-topography ratio on the hawaiian swell. Our results, which are consistent with a recent seismic study, evidence a gradual lithospheric thinning moving along the island chain to the northwest. These observations, together with basic fluid-mechanical principles, suggest a hybrid model for the origin of the Hawaiian swell: the swell as a whole is supported dynamically, but small-scale secondary convection currents within the hottest central part of the swell cause the lithosphere to thin
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Zaroli, Christophe. "Global multiple-frequency S-wave tomography of the Earth’s mantle." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/ZAROLI_Christophe_2010.pdf.
Full textAbstract:
Afin de mieux contraindre la structure interne de la Terre, de nouveaux développements théoriques, sur la propagation des ondes, ont émergé ces dernières années. Une de ces nouvelles méthodes est la tomographie multi-fréquences, qui vise à exploiter la dépendance en fréquence des temps de parcours des ondes de volume, liée aux effets de diffraction. En utilisant cette méthode, cette thèse a pour objectif d'obtenir un modèle tomographique 3-D du manteau en ondes de cisaillement à ``haute-résolution'', qui puisse contribuer à améliorer nos connaissances sur la dynamique de la TerreFor better constraining the structure of the Earth's interior, new theoretical developments on seismic wave propagation have emerged in recent years, and received increasing attention in tomography. One of these new methods is the multiple-frequency tomography, which aims at exploiting the frequency-dependency of body wave travel times related to diffraction effects. In this thesis, we have applied this method in order to obtain a ``high-resolution'' 3-D shear-wave tomographic model of the mantle, that could contribute to a better understanding of the Earth's dynamics
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Ghorabi, Moncef. "Vitesses de groupe mesurée en deux stations du réseau GEOSCOPE et régionalisation de la structure globale du manteau supérieur." Paris 7, 1985. http://www.theses.fr/1985PA07F056.
Full textAbstract:
Analyse des données du mode fondamental des ondes de Love et de Rayleigh, obtenues aux deux premières stations du réseau, SSB et PCR, pendant les années 1982 à 1984. Calcul des courbes de dispersion en vitesse de groupe sur les trajets directs et inverses et quelques trains d'ordre supérieur, pour les séismes suffisammant forts enregistrés dans ces stations durant cette période. Discussion qualitative des courbes obtenues regroupées par azimuts et distances épicentrales proches par rapport à chacune des stations; influence des structures tectoniques traversées
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Zagrtdenov, Nail R. "Interaction entre le manteau supérieur serpentinisé et le magma basaltique : implication pour l'évolution basaltique et l'origine des chromitites dans la zone de transition manteau-croûte." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30291.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré aux études cinétiques et thermodynamique des processus qui produisent les magmas basaltiques (basalte de dorsale océanique ou MORB et basalte de l'île océaniques ou OIB) dans la lithosphère, notamment lors de l'interaction du magma avec la lithosphère serpentinisée. Dans ce travail, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle la genèse des chromitites de la zone de transition entre le manteau et la croute peut être la conséquence de l'interaction du magma basaltique avec le protolite du manteau serpentinisé. Une étude détaillée du corps de chromitites nodulaires dans les dunites hôtes de la région Maqsad de l'ophiolite d'Oman a été réalisée. Dans l'étude pétrologique, nous avons démontré une relation génétique étroite entre les dunites hôtes et les chromitites nodulaires et disséminées lors de la cristallisation sans équilibre des cristaux de chromite à partir de l'étude des inclusions piégées dans la chromite. Les expériences d'équilibre sur la saturation des liquides basaltiques et haplobasaltiques en chromite et en magnesiochromite comme la fonction de la fugacité d'oxygène (de ΔFMQ (-2) à ΔFMQ (+2)) ont été effectuées à une température constante de 1450 ° C et une pression de 0,1 MPa. Pour la première fois, les concentrations de chrome dans les liquides basaltiques saturés en magnesiochromite ont été mesurées. Les teneurs en Cr lors de la saturation en magnesiochromitre est de ~ 6800 ppm à ΔFMQ (-2), ~ 4500 ppm à ΔFMQ et 3500 ppm à ΔFMQ (+2), qui sont plus élevés par rapport à ceux (~ 6300 ppm à ΔFMQ (-2), 2900 ppm à ΔFMQ et 2000 ppm à ΔFMQ (+2)) de saturation en chromite (système contenant du Fe). Ce fait a une implication importante pour l'assimilation du manteau serpentinisé par des magmas basaltiques. Sur la base de toutes les données disponibles sur la saturation des liquides mafiques et ultramafiques en chromite, nous avons créé un nouveau modèle prévisible de solubilité de chromite et magnéstochromite dans les liquides en fonction de la température, de la fugacité d'oxygène et de la basicité optique du liquide : [X liq Cr tot]/[X Chr Cr2O3] = exp(a+b*lambda+c/T)*(1+fO2^(-0.25)*exp(d+k/T+g*lambda)), où [X liq Cr tot] est la fraction molaire du chrome dans le liquide silicaté, [X Chr Cr2O3] est la fraction molaire de l'oxyde de chrome dans le chromite, T est la température en Kelvins et fO2 est la fugacité de l'oxygène (en bars), lambda est la basicité optique du liquide, a (-7.01), b (13.72 ), c (-12404.92), d (24.46), k (24394.65), g (-23.59) sont des constantes. Des expériences cinétiques sur l'interaction serpentinite-basalte ont été effectuées à des températures entre 1200 et 1300 C et la pression de 0,2 à 1,0 GPa. Les données impliquent que la réaction est contrôlée par un mécanisme à plusieurs étapes: (i) une transformation métamorphique prograde de la serpentinite en harzdurgite (Fo92-95 mol. %) à spinelles riches en Cr (ii) la dissolution progressive de l'assemblage de harzburgite avec la formation des liquides basaltique à andésitique et (iii) l'assimilation finale de l'association de harzburgite par le basalte avec la formation du liquide basique hydraté appauvri ('depleted' et enrichi en Mg, Cr) à 0,5 - 1,0 GPa (51% pds de SiO2, 12 à 13% pds de MgO)This work is devoted to kinetic and thermodynamic investigation of processes happening during basaltic (mid-ocean ridge basalt, MORB and ocean island basalt, OIB) magma genesis and evolution in the lithosphere, in particular, during the magma interaction with the serpentinized lithosphere. In this work, we tested hypothesis that the chromitite genesis at the Moho transition zone may be consequence of interaction of basaltic magma with serpentinized mantle protolith. Detailed field investigation of the nodular chromitites ore body in the host dunite at Maqsad area of the Oman ophiolite has been performed. In the petrologic investigation, we have demonstrated close genetic relationship between the host dunites and the nodular and disseminated chromitites during non-equilibrium crystallization of chromites based on investigation of chromite-hosted inclusions. Equilibrium experiments on chromite and magnesiochromite saturation in basaltic and haplobasaltic melts as function of oxygen fugacity (from ΔFMQ(-2) to ΔFMQ(+2)) were performed at a constant temperature of 1450 C and pressure of 0.1 MPa. For the first time, chromium concentrations in basaltic melts at magnesiochromite saturation were determined. The Cr contents at magnesiochromitre saturation are from ~6800 ppm at FMQ(-2), ~4500 ppm at FMQ and 3500 ppm at ΔFMQ(+2), that are higher compared to those (~ 6300 ppm at ΔFMQ(-2), 2900 ppm at ΔFMQ and 2000 ppm at ΔFMQ(+2)) of chromite saturation in Fe-bearing system. This fact has an important implication for serpentinized mantle assimilation by basaltic magmas. Based on all available data on chromite saturation in mafic and ultramafic melts, we created a new predictable model of chromite and magnesiochromite solubility depending on temperature, oxygen fugacity and the melt optical basicity: [X liq Cr tot]/[X Chr Cr2O3] = exp(a+b*lambda+c/T)*(1+fO2^(-0.25)*exp(d+k/T+g*lambda)), where [X liq Cr tot] is molar fraction of chromium in the silicate liquid, [X Chr Cr2O3] is molar fraction of the chromium oxide in the chromite, T is temperature in Kelvins and fO2 is oxygen fugacity (in bars), lambda is optical basicity, a (-7.01), b (13.72), c (-12404.92), d (24.46), k (24394.65), g (-23.59) are constants. Kinetic experiments on serpentinite-basalt interaction have been performed at temperatures of 1200 - 1300 C and pressure range from 0.2 to 1.0 GPa. The data imply that the reaction is controlled by multi-stage mechanism: (i) prograde metamorphic transformation of serpentinite to Cr-rich spinel-bearing harzdurgite (Fo92-95 mol.%) (ii) progressive dissolution of harzburgite assemblage with formation of hydrous basaltic to andesite melts and (iii) the final assimilation of the harzburgite association by basalt with formation of hydrous depleted basaltic melts at 0.5 - 1.0 GPa (51 wt% of SiO2, 12 - 13 wt.% of MgO contents). We experimentally demonstrate that serpentinite assimilation by basaltic melt at 0.5 - 1.0 GPa happening at average rate of 4.3 × 10-10 m2/s at 1300°C is controlled by silica diffusion in hydrous basaltic melt. Our experimental work provides incontestable evidence that depleted MORB melts, depleted high-Mg-Cr cumulates, and oceanic andesites can be routinely produced from "normal" mid-ocean ridge melts by chemical reaction with serpentinized lithospheric mantle. Our study prevents routine interpretation of depleted and primitive oceanic melts (MORB and OIB) as uniquely derived from a deep mantle. The data obtained in this work confirm that serpentinites, which may have been important constituents of the Hadean crust as a whole were possibly involved in the generation of the first continental crust
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Dantas, Céline. "Caractérisation du manteau supérieur patagonien : les enclaves ultramafiques et mafiques dans les laves alcalines." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00163376.
Full textAbstract:
Mon travail de thèse s'est attaché à caractériser le manteau supérieur Patagonien à travers l'étude pétrologique et géochimique d'enclaves mantelliques échantillonnées par des basaltes alcalins mise en place au Cénozoïque en contexte d'arrière arc. Les enclaves du Nord de la Patagonie conservent d'importants stigmates de processus de fusion partielle alors que dans celles du Sud, les circulations de liquide ont oblitérées, partiellement voire totalement, les empreintes de fusion partielle. Finalement, cette étude permet de proposer que les liquides qui ont métasomatisés à grande échelle le manteau patagonien, principalement au Sud, sont essentiellement de type silicaté mafique d'affinité alcaline. Ces liquides sont certainement à relier aux différentes phases magmatiques associés à des processus de remontées asthénosphériques et non pas à des processus de déshydratation de slab.
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Billien, Magali. "Hétérogénéités de vitesse et d'atténuation du manteau supérieur à l'échelle globale par modélisation du mode fondamental des ondes de surface." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1999. http://www.theses.fr/1999STR13035.
Full textAbstract:
Le but de ce travail est d'obtenir un modele 3d global des variations du facteur de qualite des ondes s. Les variations laterales de l'attenuation anelastique des ondes sismiques dans la terre sont moins bien connues que les variations laterales de vitesse. Etant tres sensibles a la rheologie, leur connaissance precise permettrait de mieux contraindre les conditions de pression et temperature. La diminution de l'amplitude d'une onde de surface au cours de sa propagation est due a differents phenomenes physiques comme l'expansion geometrique, l'attenuation anelastique, l'attenuation de diffraction ou les effets de focalisation. Pour obtenir l'attenuation anelastique il faut donc corriger des autres effets ou les separer. De plus, l'etude de l'attenuation due a la propagation d'une onde necessite de connaitre avec precision l'amplitude de l'onde a la source et l'amplitude au niveau de la station. Les donnees utilisees, environ 29 300 fondamental rayleigh (r1) et 18 700 fondamental love (g1), permettent d'avoir une excellente couverture spatiale sur l'ensemble de la surface de la terre et d'envisager une cartographie a differentes periodes de l'anelasticite et de l'elasticite respectivement representees par un facteur de qualite et une vitesse de phase des ondes de surface. La bande de frequence couverte par ces donnees 40200s nous permet d'obtenir un modele 3d du facteur de qualite des ondes s sur les 800 premiers km du manteau avec un maximum de sensibilite sur les 400 premiers. Pour cela, nous avons dans un premier temps modelise la phase et l'amplitude des ondes de surface afin de pouvoir les inverser conjointement. Nous avons ensuite inverse en profondeur les variations laterales du facteur de qualite des ondes de rayleigh afin d'obtenir un modele 3d du facteur de qualite des ondes s. Ce modele associe en surface les limites de plaques a des zones attenuantes. A plus grande profondeur des zones tres attenuantes subsistent sous le pacifique et l'atlantique sud.
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Nicolle, Marie. "Mise en place et chimie des magmas dans le manteau supérieur de l'ophiolite d'Oman." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0025/document.
Full textAbstract:
L'ophiolite d'Oman permet d'observer les roches mantelliques inaccessibles aux dorsales. Avec cinq diapirs à l'axe (dont Maqsad) et un diapir hors-axe (Mansah), elle permet d'étudier les processus magmatiques en jeu dans les diapirs au niveau de la Zone de Transition au Moho, qui est différente entre les deux types de diapirs avec hors-axe des pyroxénites dans la dunite à la place de gabbros lités à l'axe. Le diapir de Mansah est entouré d'intrusions gabbroïques dans le manteau et la croûte. Les roches hors-axe ont des valeurs d'εNd plus faibles que celles à l'axe qui ont des compositions similaires aux MORB, suggérant une source des liquides plus riche en veines de pyroxénite hors-axe. Les εNd montrent aussi que les pyroxénites et les intrusions gabbroïques sont une suite magmatique. L'abondance de clinopyroxenes hors-axe provient de la réaction entre des liquides provenant de la fusion de veines de pyroxénites avec la harzburgite appauvrie de la lithosphère, ce qui donne à ces clinopyroxènes des compositions appauvries en éléments traces. La présence d'eau provenant de la lithosphère hydratée favorise la cristallisation de ces clinopyroxènes à la place du plagioclase qui doit normalement apparaître à cette profondeur dans la MTZ, ce qui est le cas à l'axe. Le diapir hors-axe pourrait fournir une analogie aux seamounts que l'on trouve actuellement à proximité des dorsales rapides et faire la lumière sur les interactions entre la lithosphère appauvrie et le matériel ascendant hors-axe, ainsi que sur les structures internes de ces seamounts. Ce travail offre des évidences probantes pour l'existence de veines de pyroxénites dans le manteau asthénosphérique sous les dorsalesThe Oman ophiolite offers the possibility to study mantle rocks which are inaccessible at mid-ocean ridges. The presence of five on-axis diapirs and an off-axis diapir allows comparison of magmatic processes occurring in these different settings. The Moho Transition Zone is dominated by dunite in both cases, but off-axis includes massive pyroxenites instead of layered gabbro. The off-axis diapir is surrounded by gabbroic intrusions in the crust and mantle, which are not found elsewhere in the ophiolite. While the on-axis samples have εNd values similar to those of MORB, all of the off-axis rocks have less radiogenic Nd suggesting a larger contribution from melting of pyroxenite veins in the off-axis source. The abundance of clinopyroxene in the off-axis MTZ results from the reaction between the pyroxenite-derived melts and the depleted harzburgite of the lithosphere, which explains the highly depleted incompatible trace element compositions of the clinopyroxenes. The presence of water from the hydrated lithosphere favors the crystallization of clinopyroxene instead of plagioclase, which should normally appear at this depth in the MTZ, as is the case on-axis. The gabbroic intrusions in the mantle and crust surrounding the off-axis diapir crystallized from the residual magma produced by the interaction between the pyroxenite-derived melts and the harzburgite. The off-axis diapir could be viewed as an analog to seamounts currently found near fast-spreading ridges, and could provide information on their internal structure. More generally, this study provides compelling evidence for the existence of pyroxenite veins in the asthenospheric mantle beneath mid-ocean ridges
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Meyzen, Christine. "Pétrogenèse des MORB dans les zones froides du manteau supérieur indien : la ride sud-ouest indienne et la discordance australo-antarctique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL019N.
Full textAbstract:
La ride sud-ouest indienne (SWIR) est une des rides les plus lentes (taux d'expansion : 1. 6 cm. An(-¹)) et les plus profondes du réseau mondial de rides médio-océaniques. La mission EDUL a permis d'échantillonner des verres basaltiques localisés entre 69°E, près du point triple de Rodriguez et de 49°E, à 300 km de la zone de fracture Gallieni. Les compositions géochimiques des verres basaltiques permettent de définir trois grandes provinces magmatiques, séparées par les zones de fracture Malville (ZFM) et Gallieni. A l'est de la ZFM (60°45'E), les verres ont des compositions géochimiques qui diffèrent par leurs Na₈. ₀ élevés et leurs faibles Fe₈. ₀, Ti₈. ₀ et CaO/Al₂O₃ de celles des autres rides médio-océaniques. Les indicateurs de degré de fusion partielle tels que le Na₈. ₀ et le (Sm/Yb)n y sont découplés. Les variations des teneurs en éléments en traces très incompatibles et modérément incompatibles, bien que le Na₈. ₀ élevé et le Fe₈. ₀ bas reflètent la présence d'une température potentielle du manteau faible, ne peuvent être expliquées par de faibles taux de fusion partielle. Quelques unes de ces caractéristiques ont aussi été identifiées sur une autre section " froide ", la discordance australo-antarctique. A l'ouest de la ZFM, les échantillons suivent majoritairement les tendances globales définies par les autres MORB. Les compositions anormales observées dans la section la plus orientale pourraient résulter d'une refusion du manteau, en relation avec la propagation, au cours du temps de la ride vers le nord-est, s'accompagnant d'un épisode de metasomatisme. Cette hypothèse est étayée par les variations de compositions isotoniques du Nd et à un moindre degré du Sr qui semblent indiquer l'échantillonnage durant la fusion partielle de volumes de manteau distincts en composition et aussi d'un stade de métabolisme.
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Higgie, Katherine. "Deformation in a partially molten mantle; observations from natural settings : constraints from natural systems." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20070/document.
Full textAbstract:
Déformation dans le manteau partiellement fondu: observations dans des systèmes naturelsNous avons analysé les interactions entre magmas et déformation dans le manteau supérieur par une étude microstructurale détaillée de deux sections de péridotites: un profil long de 100m dans le Moho – zone de transition croûte-manteau (MTZ) de l'Ophiolite d'Oman - et des lherzolites à plagioclase dans le massif de Lanzo (Alpes Occidentales). La section de la MTZ se caractérise par un litage à l'échelle cm à métrique ; les compositions varient de dunites à des gabbros à olivine. Le parallélisme entre le litage et la foliation, des limites de couche diffuses, et l'alignement de lentilles riches en plagioclase d'échelle mm impliquent un litage contrôlé par la déformation. Tous les minéraux majeurs ont des orientations préférentielles des cristaux (ou fabrique), mais la fabrique de l'olivine varie en fonction de la composition de la couche. Les lits avec <70% olivine montrent des fortes concentrations de l'axe [100] parallèle à la linéation (pattern axial-[100]). Les lits avec <50% olivine ont [100] dispersé dans la foliation et une concentration des axes [010] autours d'une direction normale à cette dernière (fabrique axiale-[010]). Ces changements ont lieu de façon répétée à l'échelle du mm, aux limites de couches, indiquant une déformation en présence de teneurs variables de magma. La fabrique dans les lits riches en olivine est cohérente avec déformation par fluage dislocation à haute température. Les fabriques d'olivine avec une symétrie axiale-[010] dans les lits pauvres en olivine impliquent une transpression ou un glissement le long de limites de grain (010) « lubrifiés » par du magma; elles sont accompagnées par une activité accrue du glissement [001]. Parce que le changement des fabriques d'olivine n'est pas associé à une dispersion de ces dernières, les teneurs instantanées de magma doivent être <30-40%. La variation continue de la symétrie de la fabrique d'olivine CPO avec la décroissance de la teneur en olivine implique que la fabrique dépend de la déformation finie cumulée en présence de magma, plutôt que de la teneur instantanée de magma.Les lherzolites à plagioclase de Lanzo se caractérisent par un réseau anastomosé de bandes riches en plagioclase, qui passe localement à un litage planaire avec des bords diffus. Olivine et orthopyroxene montrent des évidences de déformation par fluage dislocation à haute temperature: extinction onduleuse, sous-grains ou kinks, des limites de grain irréguliers. Le plagioclase forme des agrégats allongés composés par des cristaux avec des formes interstitielles. Tous les minéraux majeurs (à l'exception du clinopyroxene) ont une claire fabrique cristallographique, indépendamment de la composition de la couche. La fabrique de l'olivine CPO a une symétrie orthorhombique, avec [100] parallèle à la linéation et [010] normal à la foliation (et au litage), mais les maxima de [010] sont toujours plus forts que ceux de [100]. Les fabriques d'olivine sont donc intermédiaires entre les deux patterns observés en Oman, ce qui est cohérent avec le litage plus diffus observé à Lanzo. Ces données impliquent que dans un manteau soumis à une déformation cisaillante, les magmas tendent à se concentrer dans des bandes parallèles au plan de cisaillement, formant un réseau anastomosé qui peut évoluer dans un litage planaire. Les fractions instantanées de magma restent faibles (inférieures au seuil pour la disruption de la matrice solide) – la déformation est donc accommodée largement par fluage dislocation. La présence de magmas produit toutefois un changement dans la symétrie des fabriques d'olivine – produisant des patterns axial–[010] et donc dans une anisotropie sismique différente. La ségrégation du magma et le développement d'un litage compositionnel contrôlé par le cisaillement peut aussi créer une anisotropie mécanique, avec une réduction de la viscosité cisaillante parallèlement aux bandesDeformation in a shallow partially molten mantle: constraints from natural systemsWe analysed the interactions between melts and deformation in the upper mantle through detailed microstructural studies in two settings: a 100m section in the Moho Transition Zone (MTZ) of the Oman Ophiolite and plagioclase-rich lherzolites from the Lanzo massif (Alps). The MTZ section is characterized by a cm to m-scale layering; compositions range from dunites to gabbros à olivine. Parallelism between the layering and the foliation, diffuse layers limits, and alignment of mm-scale plagioclase-rich lenses in intermediate composition layers imply shear-controlled layering. All phases have crystal-preferred orientations (CPO), but olivine CPO varies depending on the layer composition. Layers with <70% olivine show strong [100] maxima parallel to the lineation (axial-[100] pattern). Layers with <50% olivine have [100] dispersed in the foliation and concentration of [010] normal to it (axial-[010] pattern). These changes occur repeatedly on the mm-scale, at the layers limits, providing strong evidence for deformation in presence of variable melt fractions. CPO in olivine-rich layers is consistent with high-temperature dislocation creep. Axial-[010] olivine CPO patterns imply transpression or sliding along preferentially-wetted (010) grain boundaries in melt-rich layers; they are accompanied by increased activity of [001] glide. Since the change in CPO symmetry is not associated with dispersion, instantaneous melt fractions must have remained <30-40%. The continuous variation in olivine CPO symmetry with decreasing olivine content implies therefore that the CPO depends on the strain cumulated in presence of melt rather than on the instantaneous melt fraction.Plagioclase-rich lherzolites in Lanzo are characterized by an anastomozed network of plagioclase-rich layers, which locally grades into a diffuse cm-scale planar compositional layering. Olivine and orthopyroxene show evidence for deformation by dislocation creep under high temperature conditions: undulose extinction, subgrains or kinks, sutured grain boundaries, but plagioclase forms elongated aggregates of crystals with interstitial shapes. All major phases (except clinopyroxene) show clear CPO, independent of the layer composition. The olivine CPO has an orthorhombic symmetry, with [100] parallel to the lineation and [010] normal to the foliation (and to the layering), but [010] maxima are stronger than [100] ones. These olivine CPO are intermediate between the two patterns observed in the Oman MTZ, consistently with the less developed segregation in Lanzo. Together these data imply that melts tend to concentrate in bands aligned in the shear plane, forming an anastomosed network that may grade with increasing shear into a planar layering. Instantaneous melt fractions remain below the solid matrix disruption threshold; the deformation is still essentially accommodated by dislocation creep in the solid matrix. Deformation in presence of melt results, however, in different olivine CPO with axial–[010] patterns and hence in a different seismic anisotropy. Shear-controlled compositional layering may also create a mechanical anisotropy, with a directional reduction of the shear viscosity parallel to the bands
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Ferot, Anaïs. "Etude expérimentale à haute pression et à haute température du stockage et de la distribution de l'eau dans le manteau supérieur terrestre." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00749581.
Full textAbstract:
Les minéraux nominalement anhydres du manteau terrestre (NAMs) contiennent de l'eau en faible quantité, dissoute sous forme de défauts ponctuels, et qui affecte de manière drastique les propriétés physico-chimiques du manteau supérieur terrestre. Afin de mieux comprendre cet effet, il est nécessaire d'estimer la capacité de stockage de l'eau des phases mantelliques et les mécanismes de solubilité. De nombreuses données expérimentales sur la solubilité de l'eau dans les NAMs tels que l'olivine, le pyroxène et le grenat, sont disponibles dans la littérature. Toutefois, la majorité de ces études ont été réalisées en système simple, et à des températures ou des pressions trop basses pour être représentatives du manteau supérieur terrestre. L'objectif de cette étude était de contraindre les effets combinés de la pression, de la température et de la composition sur la solubilité de l'eau dans l'olivine et le pyroxène dans les conditions du manteau supérieur terrestre. Les expériences ont été réalisées en condition de saturation en eau dans le système MSH enrichi en fer et en fer et aluminium, à 2,5 ; 5 ; 7,5 et 9 GPa, entre 1175 et 1400°C, à l'aide d'une presse multi-enclumes. Les teneurs en eau ont été mesurées par spectroscopie infrarouge en mode polarisé, à partir d'échantillons finement double polis, sur des cristaux orientés de manière aléatoire. Al est incorporé dans l'olivine et le pyroxène selon la réaction de type Tschermak, et diminue avec la pression dans les deux phases. L'ajout d'Al3+ dans le système favorise l'incorporation de H+ dans l'olivine et surtout dans le pyroxène, mais cet effet disparaît à mesure que la pression et la température augmentent. Dans ces conditions, la solubilité de l'eau dans les deux phases est contrôlée par l'activité de l'eau dans le liquide qui se charge de plus en plus en silicates. Le mécanisme majeur de l'incorporation de l'eau dans l'olivine se fait via le remplacement de sites métalliques par 2H+, impliquant que la solubilité de l'eau dans l'olivine est directement proportionnelle à la fugacité de l'eau dans le liquide. Le partage de l'eau entre pyroxène et olivine est toujours inférieur à 1, sauf à basse pression et basse température, quand Al aide à l'incorporation de l'eau dans le pyroxène par rapport à l'olivine. Dans les conditions du manteau convectif profond, l'eau va préférentiellement dans l'olivine. L'effet de la température sur le partage de l'eau entre les deux phases est négligeable. Ces données ont permis de construire un modèle de stockage de l'eau dans l'olivine à toutes pressions et toutes températures, dans le système MFASH. En combinant ce modèle au partage de l'eau entre pyroxène et olivine calculé dans notre étude, et aux données disponibles dans la littérature sur la solubilité de l'eau dans le clinopyroxène et le grenat, nous avons pu modéliser la capacité de stockage de l'eau dans le manteau supérieur terrestre. Ce modèle prédit que la couche de faible vitesse sismique, détectée à 350 km de profondeur par les observations sismiques, peut être expliquée par la fusion partielle de matériel hydraté provenant de la zone de transition et contenant initialement 750 ppm pds H2O.
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Papadimitriou, Panayotis. "Etude de la structure du manteau supérieur de l'Europe et modélisation des ondes de volume engendrées des séismes égéens." Paris 7, 1988. http://www.theses.fr/1988PA077133.
Full textAbstract:
On construit un modèle de vitesse qui correspond a la structure du manteau supérieur de l'Europe en utilisant des stations européennes les ondes de volume p et pp et des séismes qui ont lieu dans le domaine égéen. Pour cela on utilise la méthode des faisceaux gaussiens. Il est alors possible pour des séismes dont D<30**(O) de déterminer leur mécanisme au foyer et leur intensité
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Li, Pei. "Water contents and lithium isotope compositions of the Mesozoic-Cenozoic lithospheric mantle of eastern North China Craton : constraints from peridotite xenoliths." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0415/document.
Full textAbstract:
Pour mieux comprendre le processus géodynamique qui a permis la destruction du craton Nord Chinois (NCC), le rôle des fluides mantelliques a été examiné. Pour cela, les distributions des teneurs en eau et des compositions isotopiques du Lithium dans le manteau lithosphérique NCC ont été déterminées à partir des xénolites de péridotite entrainés par les basaltes mésozoïques et cénozoïques. Une variation temporelle des teneurs en eau est observée. Le manteau lithosphérique cénozoïque est appauvri en eau, sans doute suite à l'amincissement crustal et au réchauffement du manteau résiduel par un flux ascendant asthénosphérique. Le manteau lithosphérique mésozoïque montre des teneurs en eau intermédiaire entre les teneurs élevées du Crétacé et les teneurs basses cénozoïques, indiquant une déshydratation du manteau commençant dès le début de sa destruction. Cette déshydratation, facilitée par la destruction du manteau lithosphérique profond, permet de renforcer la rigidité de la lithosphère et lui permet de résister à la convection mantellique. Les distributions élémentaire et isotopique du Li montrent une grande hétérogénéité, aux échelles intra et inter-cristallines. Par simulation numérique, nous démontrons que deux enrichissements successifs ont affecté le manteau, un enrichissement limité (<5ppm) avec une signature pauvre en 7Li ([delta]7Li ~ -20 [pour mille]), suivi d'un enrichissement important (> 100 ppm) avec une signature riche ([delta]7Li ~ +20 [pour mille]), précédent de peu l'exhumation des xénolites. La formation des liquides métasomatiques responsables de ces enrichissements nécessite une distribution hétérogène dans le manteau NCC d'éléments recyclés lors de la subduction à l'est du NCCIn order to investigate the geodynamic cause for destruction of the North China Craton (NCC), the role of mantle fluids is examined. The aim of the PHD work is to clarify H2O contents and lithium isotopic compositions of the NCC lithospheric mantle by studying peridotite xenoliths hosted by Mesozoic-Cenozoic basalts across eastern NCC. A temporal variation of H2O content has been revealed, and it has deep implications for processes of craton destruction. The Cenozoic lithospheric mantle was featured by low H2O content, interpreted to be the relict mantle that survived the lithospheric thinning and has been dewatered by reheating from upwelling asthenospheric flow. The late-Mesozoic lithospheric mantle showed relatively high H2O content, a hydrous status intermediate between the Cretaceous hydration and the Cenozoic dryness, indicating the dehydration of the NCC mantle with time during NCC destruction. The dehydration, facilitated by thinning of weak mantle pieces at bottom, is one way by which the lithosphere strengthens itself to survive in the convecting mantle. Extreme Li and isotopic disequilibria were observed intra- and inter-mineral in the peridotites. With numerical simulations, we demonstrate two superimposed Li enrichment events occurring at the mantle: a limited Li enrichment (< 5 ppm) and large delta7Li depletion (-20~-10[per 1000]) of the mantle domain, followed by a recent and transient infiltration of high Li and delta7Li (up to +20 [per 1000]) melts/fluids. The anomalous Li isotopic compositions of mantle metasomatic agents call upon the same of their mantle sources, and we assume recycled components, both Li isotopically heavy and light, in the mantle beneath the eastern NCC
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Radu, Ioana Bogdana. "Xenolites éclogitiques cratoniques - Origine et évolution du manteau lithosphérique sous-continental." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSES004/document.
Full textAbstract:
Cette étude est basée sur la collection la plus complète d'éclogites cratoniques (> 180 nodules), provenant des cratons sibériens et sud-africains.Les éclogites non-métasomatisés de type IIA sont plus magnésiennes, enrichis en LREE, avec des valeurs de δ18O, de 3,7-7,5 ‰, des anomalies positives en Sr et correspondant à une couche à basse pression-température (PT). La composition de la roche totale est un protolithe basaltique. Les éclogites de type IIB sont plus sodiques et alumineux, appauvris en terres rares, avec des valeurs de δ18O de 2,3-3,6 ‰, correspondant à l'équilibre à haute PT. La composition de la roche totale correspond au protolithe pyroxénitique. Les éclogites à coésite, disthène ou corindon ont des clinopyroxènes riches en jadéite, avec des anomalies positives en Eu et Sr et des grenats riches en grossulaire, avec des anomalies positive en Eu et négatives en Sr. Les estimations de PT indiquent que les éclogites à co-ky-cor ont été équilibrées dans la partie la plus basse de la quille cratonique et la composition de la roche totale correspondant à un protolithe gabbroïque très appauvri, cohérente avec la subduction d'une séquence basaltique à websteritique d'une croûte océanique altérée, appauvrie en éléments incompatibles.L'estimation minimum d'eau dans l'omphacite d'Obnazhennaya est de ~930-1410 ppm d'H20 et pour la roche totale de ~310-890 ppm H2O, significativement supérieures aux péridotites environnantes. Ainsi, les éclogites du manteau peuvent être un important réservoir d'eau à la base de la racine cratonique, avec des conséquences majeures pour la longévité de la quille cratonique, la rhéologie du manteau et pour le cycle global de l'eauThis study is based on the most complete existing collection of cratonic eclogites (> 180 nodules), from the Siberian and South African cratons. Non-metasomatized Type IIA eclogites are typically more magnesian, LREE-enriched, with δ18O values of 3.7-7.5 ‰, positive Sr anomalies and corresponding to a low pressure-temperature (PT) layer. The whole-rock composition is consistent with a basaltic protolith. Type IIB eclogites are morsodic and aluminous, LREE-depleted, with δ18O values of 2.3-3.6‰, corresponding to equilibrium at high-PT. The whole-rock trace element composition is consistent with a pyroxenitic protolith. Coesite, kyanite and corundum-bearing eclogites ypically have jadeite-rich clinopyroxenes witlpositive Eu and Sr anomalies and grossular-rich gamets with corresponding positive Eu and negative Sr anomalies. PT-estimates indicate coe-kycor-bearing eclogites equilibrated in the lowermost part of the cratonic keel and reconstructed whole-rock trace element composition corresponds to a very depleted gabbroic protolith. This is consistent with the subduction of a hydrothermally altered, basaltic to websteritic sequence of an incompatible-element-depleted oceanic crust.Calculated water content of omphacite is a minmum estima te of ~930-1410 ppm by weight H2O and reconstructed estimates for whole-rock watercontent ~310-890 ppm HO) for the Obnazhennaya eclogites are significantly higher than those of the surrounding peridotites. Thus, mantle eclogite may be an important water reservoir at the base of the cratonic root, with major consequences for cratonic keel, longevity mantle rheology and global water cvcle
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Ferot, Anaïs Nathalie. "Etude expérimentale à haute pression et à haute température du stockage et de la distribution de l'eau dans le manteau supérieur terrestre." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2011. http://www.theses.fr/2011CLF22126/document.
Full textAbstract:
Les minéraux nominalement anhydres du manteau terrestre (NAMs) contiennent de l’eau en faible quantité, dissoute sous forme de défauts ponctuels, et qui affecte de manière drastique les propriétés physico-chimiques du manteau supérieur terrestre. Afin de mieux comprendre cet effet, il est nécessaire d’estimer la capacité de stockage de l’eau des phases mantelliques et les mécanismes de solubilité. De nombreuses données expérimentales sur la solubilité de l’eau dans les NAMs tels que l’olivine, le pyroxène et le grenat, sont disponibles dans la littérature. Toutefois, la majorité de ces études ont été réalisées en système simple, et à des températures ou des pressions trop basses pour être représentatives du manteau supérieur terrestre. L’objectif de cette étude était de contraindre les effets combinés de la pression, de la température et de la composition sur la solubilité de l’eau dans l’olivine et le pyroxène dans les conditions du manteau supérieur terrestre. Les expériences ont été réalisées en condition de saturation en eau dans le système MSH enrichi en fer et en fer et aluminium, à 2,5 ; 5 ; 7,5 et 9 GPa, entre 1175 et 1400°C, à l’aide d’une presse multi-enclumes. Les teneurs en eau ont été mesurées par spectroscopie infrarouge en mode polarisé, à partir d’échantillons finement double polis, sur des cristaux orientés de manière aléatoire. Al est incorporé dans l’olivine et le pyroxène selon la réaction de type Tschermak, et diminue avec la pression dans les deux phases. L’ajout d’Al3+ dans le système favorise l’incorporation de H+ dans l’olivine et surtout dans le pyroxène, mais cet effet disparaît à mesure que la pression et la température augmentent. Dans ces conditions, la solubilité de l’eau dans les deux phases est contrôlée par l’activité de l’eau dans le liquide qui se charge de plus en plus en silicates. Le mécanisme majeur de l’incorporation de l’eau dans l’olivine se fait via le remplacement de sites métalliques par 2H+, impliquant que la solubilité de l’eau dans l’olivine est directement proportionnelle à la fugacité de l’eau dans le liquide. Le partage de l’eau entre pyroxène et olivine est toujours inférieur à 1, sauf à basse pression et basse température, quand Al aide à l’incorporation de l’eau dans le pyroxène par rapport à l’olivine. Dans les conditions du manteau convectif profond, l’eau va préférentiellement dans l’olivine. L’effet de la température sur le partage de l’eau entre les deux phases est négligeable. Ces données ont permis de construire un modèle de stockage de l’eau dans l’olivine à toutes pressions et toutes températures, dans le système MFASH. En combinant ce modèle au partage de l’eau entre pyroxène et olivine calculé dans notre étude, et aux données disponibles dans la littérature sur la solubilité de l’eau dans le clinopyroxène et le grenat, nous avons pu modéliser la capacité de stockage de l’eau dans le manteau supérieur terrestre. Ce modèle prédit que la couche de faible vitesse sismique, détectée à 350 km de profondeur par les observations sismiques, peut être expliquée par la fusion partielle de matériel hydraté provenant de la zone de transition et contenant initialement 750 ppm pds H2OTrace amounts of hydrogen dissolved as defects in nominally anhydrous minerals (NAMs) in the mantle are believed to play a key role in physical and chemical processes in the Earth’s upper mantle. Hence the estimation of water storage in mantle phases and solubility mechanisms are important in order to better understand the effect of water. Experimental data on water solubility in NAMs are available for upper mantle minerals such as olivine, pyroxenes and garnet. However, the majority of studies are based on single phases, and at temperatures or pressures that are too low for the Earth’s upper mantle. The aim of this study was to constrain the combined effects of pressure, temperature and composition on water solubility in olivine and pyroxene under upper mantle conditions. The solubility of water in coexisting pyroxene and olivine was investigated by simultaneously synthesising the two phases at high pressure and high temperature in a multi-anvil press. Experiments were performed under water-saturated conditions in the MSH systems with Fe and Al at 2.5, 5, 7.5 and 9 GPa and temperatures between 1175 and 1400°C. Integrated OH absorbances were determined using polarized infrared spectroscopy on doubly-polished thin sections of randomly-oriented crystals. Al is incorporated in pyroxene and olivine via the Tschermak substitution and decreases rapidly as pressure increases in both phases. Addition of Al3+ into the system enhances water solubility notably in pyroxene and also in olivine. However, this effect tends to vanish as pressure and temperature increase. Under these conditions, water solubility in both phases is controlled by water activity in the fluid due to dissolution of silicate component. The main mechanism responsible for water incorporation in olivine is 2H+ substituting for metal sites, which indicates that water solubility in olivine is directly proportional to water fugacity. Water partitioning between pyroxene and olivine is always lower than unity except at low pressure and temperature, in which case Al favours water incorporation into pyroxene rather than into olivine. In the conditions of the deep convective mantle, water preferentially goes into olivine. The effect of temperature on water partitioning between the two phases is negligible. The newly collected data allowed the construction of a water storage capacity model in olivine at all pressures and temperatures in the MFASH system. Combining this model with the newly measured partitioning of water between olivine and pyroxene, as well as previous data on solubility in clinopyroxene and garnet, we are able to build a model of the water saturation curve in the upper mantle. This model predicts that the low velocity layer reported by seismic observations at a depth of 350 km depth can be explained by partial melting triggered by the rise of a hydrated mantle-transition-zone material containing 750 wt ppm H2O
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Martinek, Loïs. "Effet de la fugacité d'oxygène sur le stockage des fluides C et H dans le manteau terrestre." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC108.
Full textAbstract:
L'étude de l'eau contenue dans les minéraux nominalement anhydres et des paramètres influençant son incorporation est un sujet de recherche actif à cause de ses effets sur les propriétés physiques et chimiques du manteau. L'objectif de cette étude est de contraindre expérimentalement la solubilité de l'eau de l'olivine et de la wadsleyite à 410 km de profondeur (soit 14 GPa), en conditions saturées en eau, de 1200 °C à 1400 °C, à trois tampons de ƒO2, (FeFeO, NiNiO et ReReO2), et deux types de fluides différents (H2O et H2O+C2H2O4). Les expériences ont été réalisées en presse multi-enclumes en double capsules scellées pour préserver les fluides. Les échantillons ont ensuite été polis et analysés par MEB et microsonde électronique pour étudier leur composition. L'eau contenue dans les minéraux a été quantifiée par spectroscopie Raman, qui permet une résolution spatiale de l'ordre du micromètre, grâce à une méthode initiée pour l'olivine par Bolfan-Casanova et al. (2014) et continuée ici, puis étendue au cours de la présente étude à la wadsleyite (Martinek & Bolfan-Casanova, 2019). Les erreurs associées à ces mesures ont été identifiées et quantifiées grâce à l'étude de monocristaux d'olivine et de wadsleyite, où les spectres Raman ont été acquis en fonction de l'orientation du minéral. L'objectif a été de permettre la distinction entre les différentes sources d'erreur de mesure et l'anisotropie naturelle de ces minéraux, et d'observer l'effet de deux méthodes de mesures différentes sur les erreurs. Les facteurs de conversion liant les rapports OH/Si mesurés par spectroscopie à la concentration en eau sont de 93108±24118 pour l'olivine, 250868±53827 pour la wadsleyite de composition Fo89, et de 57862±12487 pour une wadsleyite à Fo100 (facteurs en ppm en masse d'eau).Un important effet de la ƒO2 sur les températures de fusion a été observé dans les expériences sans carbone (baisse de 30 à 40 °C par unité log de ƒO2). Les teneurs en eau mesurées augmentent pour olivine et wadsleyite lorsque la température, ou la ƒO2, augmente, mais baissent drastiquement en présence de carbone ou de fusion, celle-ci étant favorisée par l'augmentation de température et de ƒO2. Les teneurs en eau mesurées s'échelonnent de 4600 à 18800 ppm pour la wadsleyite et de 350 à 2400 ppm pour l'olivine en absence de carbone, et de 1800 à 10900 ppm pour la wadsleyite et de 135 à 1030 ppm pour l'olivine en présence de carbone. Cette étude montre donc qu'en conditions réductrices ainsi que même en présence de carbone la teneur en eau aux conditions du bas du manteau supérieur reste substantielleThe study of the water content of nominally anhydrous minerals and the parameters influencing solubilities is an active research field because of its effects on the physical and chemical properties of the mantle. This study aims to experimentally constrain the water storage capacities of olivine and wadsleyite at a depth around 410 km (14 GPa) under water-saturated conditions, from 1200 °C to 1400 °C, with three different ƒO2 buffers (FeFeO, NiNiO et ReReO2) and two different fluid compositions (H2O et H2O+C2H2O4). Experiments have been conducted in the multi-anvil press, with sealed double capsules to preserve fluids. Samples were polished and analyzed by SEM and electron microprobe to study their composition. The water contents of minerals were measured by Raman spectroscopy with a method initiated for olivine by Bolfan-Casanova et al. (2014) continued here and extended to wadsleyite (Martinek & Bolfan-Casanova, 2019). Errors related to this method have been quantified and identified with the study of two olivine and wadsleyite single-crystals with Raman spectra acquired as a function of the mineral's orientation. The goal was distinguishing the various measurement error sources from the natural anisotropy of the minerals, and observe the effect of two different measurement method on the errors. The conversion factors connecting the OH/Si measured by Raman spectroscopy to the water content are 93108±24118 for olivine, 250868±53827 for Fo89 wadsleyite, and 57862±12487 for Fo100 wadsleyite (factors in ppm weight of water).A significant effect of ƒO2 on the melting temperature has been observed in the carbon-free experiments (decreasing of 30 to 40 °C by ƒO2 log unit). The measured water contents for both olivine and wadsleyite increase with increasing temperature or ƒO2, but drop in the presence of carbon or melting, which benefits from higher temperature and ƒO2. The observed water contents vary from 4600 to 18800 ppm for wadsleyite and 350 to 2400 ppm for olivine in carbon-free experiments, and from 1800 to 10900 ppm for wadsleyite and 135 to 1030 ppm for olivine in carbon-bearing experiments. This study points out that even under reducing conditions and in the presence of carbon, the water content at the bottom of the upper mantles remains significant
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Précigout, Jacques. "La localisation de la déformation dans le manteau sous-continental:origine à travers l'étude du massif de Ronda (Espagne) et implications sur la résistance de la lithosphère." Phd thesis, Université Rennes 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00365303.
Full textAbstract:
L'actuelle définition rhéologique du manteau sous-continental ne rend ni compte de sa faible résistance estimée sous les régions déformées, ni des processus de localisation de la déformation qui le caractérisent. Pour mieux contraindre sa rhéologie, nous avons donc utilisé la tectonique et la modélisation numérique à travers l'étude des péridotites de Ronda. L'étude structurale de ces péridotites montre que leurs déformations sont liées à une extension continentale arrière-arc, juste avant qu'elles soient intégrées dans les Bétiques internes au Miocène inférieur. Au cours de cette extension intervient la formation d'un gradient de déformation ductile et sous-continental, qui serait initié par un processus impliquant l'action dominante du fluage dryGBS pendant la réduction dynamique de taille de grains de l'olivine. La quantification numérique de ce processus ductile montre qu'il peut provoquer, à basse température (< 800 °C), une intense localisation de la déformation et une chute de résistance des péridotites intensément déformées. À plus grande échelle, ce processus est aussi capable de localiser la déformation dans le manteau sous-continental, permettant, d'après nos résultats numériques 2-D, d'initier la formation d'un rift continental étroit. La conséquence majeure de cette localisation se traduit par une intense chute de résistance du manteau au cœur du rift, comme observée dans les régions déformées. Cette rhéologie « localisante » et ces résultats nous permettent donc de proposer une nouvelle définition de la rhéologie du manteau, qui tient compte de l'évolution de sa résistance pendant la déformation de la lithosphère.
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Remai͏̈di, Malika. "Etude pétrologique et géochimique d'une association péridotites réfractaires - pyroxénites dans le massif de Ronda (Espagne) : Implications pour les mécanismes de circulation des magmas dans le manteau supérieur." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20236.
Full textAbstract:
L'etude petrologique et geochimique (elements en trace doses par icp-ms) d'une association peridotites refractaires-pyroxenites du massif l'herzolitiques de ronda permet de proposer un modele coherent d'evolution d'un systeme de circulation magmatique dans le manteau superieur, en contexte de subduction. Trois etapes sont distinguees: 1) fusion partielle associee a l'infiltration de liquide extrait de la plaque plongeante dans les peridotites a relativement haute temperature (1250#oc); 2) migration des magmas par percolation dans des chenaux de peridotites refractaires individualises lors de l'etape precedente. La percolation est associee a des reactions magma-peridotites, a volume de liquide constant; 3) reduction du volume de liquide liee au refroidissement du systeme au-dessous de 1150#oc (jusqu'a 1050#oc). Cette derniere etape est responsable d'un enrichissement en eau du magma se traduisant par le developpement d'aureole pluri-kilometrique de percolation diffuse. Parallelement, les magmas evoluent depuis des compositions alcalines vers des compositions de tholeiites d'arc (etape 1), de boninites riches en calcium (etape 2), puis d'andesites a rapport (mg) eleve (etape 3). Les effets geochimiques de la percolation et des reactions magma-peridotites ont ete testes au moyen d'un modele numerique non dimensionnel (modele multi-boites), permettant de prendre en compte les effets de l'extraction magmatique
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Mahendran, Srinivasan. "Modélisation numérique des propriétés de coeurs de dislocations dans l’Olivine (Mg2SiO4)." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R014/document.
Full textAbstract:
Il est aujourd’hui largement accepté que les mécanismes de convection mantellique dans le manteau supérieur sont reliés aux propriétés plastiques de l’olivine constituant principale du manteau supérieur. Ce minéral, un silicate de composition (Mg,Fe)2SiO4, se déforme essentiellement par glissement de dislocations de vecteurs de Burgers [100] et [001]. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons donc choisi de modéliser les propriétés de ces dislocations ainsi que les systèmes de glissement potentiels de l’olivine à partir de calculs à l’échelle atomique. L’ensemble des calculs ont été effectués à l’aide du potentiel THB1. Une fois les structures de cœurs des défauts déterminées, les paysages énergétiques associés au glissement des dislocations ont été analysés par la méthode « Nudge Elastic Band ». A basse pression, la modélisation atomique montre que les systèmes [100](010) et [001]{110} correspondent aux systèmes de glissement primaires de l’olivine. L’étude des paysages énergétiques des dislocations nous permet de plus de rationaliser les observations expérimentales de « pencil glide » reportées dans l’olivine depuis les années 70 et de proposer un mécanisme original de blocage-déblocage pour le glissement des dislocations de vecteurs de Burgers [001]. Enfin, l’application de ce type de modélisation aux conditions de pression du manteau supérieur (0-10 GPa) confirme l’existence d’un effet de durcissement de la pression sur le glissement des dislocations de vecteur de Burgers [100]It is widely accepted that the dissipation of heat from the core to the surface of the Earth through a thermally insulating mantle is only possible by convection process. Mantle convection is responsible for a large number of geological activities that occur on the surface of the Earth such as plate tectonic, volcanism, etc. It involves plastic deformation of mantle minerals. In Earth’s interior, the outer most layer beneath the thin crust is the upper mantle. One of the most common mineral found in the upper mantle is the olivine (Mg,Fe)2SiO4. Knowledge of the deformation mechanisms of olivine is important for the understanding of flow and seismic anisotropy in the upper mantle. The experimental studies on the plastic deformation of olivine highlighting the importance of dislocations of Burgers vector [100] and [001]. In this work, we report a numerical modelling at the atomic scale of dislocation core structures and slip system properties in forsterite, at pressures relevant to the upper mantle condition. Computations are performed using the THB1 empirical potential and molecular statics. The energy landscapes associated with the dislocation mobility are computed with the help of nudge elastic band calculations. Therefore, with this work, we were able to predict the different possible dislocation core structures and some of their intrinsic properties. In particular, we show that at ambient pressure [100](010) and [001]{110} correspond to the primary slip systems of forsterite. Moreover, we propose an explanation for the “pencil glide” mechanism based on the occurrence of several dislocation core configurations for the screw dislocation of [100] Burgers vector
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Freitas, Damien. "The transport properties of Earth’s upper mantle materials : insights from in situ HP-HT experiments." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2019. http://www.theses.fr/2019CLFAC058.
Full textAbstract:
Les propriétés de transport des roches mantelliques sont des paramètres importants pour interpréter aussi bien qualitativement que quantitativement les informations géophysiques, telles que la vitesse des ondes sismiques, les flux de chaleurs et les profils magnétotelluriques terrestres. L’origine des anomalies géophysiques du manteau supérieur, comme la zone de faible vitesse (LVZ ; 70-150km de profondeur) et le niveau de faible vitesse (LVL ; 350-410 km de profondeur), est peu renseignée et demande des contraintes expérimentales. Au cours de cette thèse, nous avons étudié les propriétés électriques, sismiques et thermiques des péridotites solides et partiellement fondues via le développement de techniques géophysiques in situ. Nos expériences à hautes pressions et températures, en presse multi-enclumes, nous ont permis d’établir les effets de la fusion sur ces différentes propriétés physiques aux conditions mantelliques. Nous avons, pour la première fois, réalisé des mesures combinées de conductivité électrique et de vitesses des ondes sismiques en une seule et même expérience. Grâce à cette technique, nous avons réconcilié les mesures du taux de fusion impliquées dans la LVZ estimées par les deux signaux géophysiques avec 0.3-0.8%vol de fusion partielle. L’équilibre textural entre les phases liquides et solides s’est révélé être fondamental pour la comparaison des mesures en laboratoire. Nous avons ensuite procédé à la première reproduction de fusion par déshydratation durant l’ascension des péridotites hydratées depuis la zone de transition mantellique vers le manteau supérieur (entre 12 et 14 GPa). Au cours de la fusion partielle, les signaux sismiques et électriques mesurés sont comparables aux observations géophysiques confirmant l’hypothèse de fusion au niveau de la LVL. Les taux de liquides impliqués à la base du manteau supérieur seraient alors modestes (< 2 %vol). La composition des magmas produits précise le rôle de filtre chimique de ce niveau situé entre les manteaux supérieur et profond. La densité estimée du magma confirme sa flottabilité neutre, favorisant la stabilité de ce niveau au cours des temps géologiques. Les analyses des éléments volatils et les modélisations des transferts d’hydrogène prouvent que ce niveau est un réservoir potentiel d’eau profond et favorise l’hypothèse d’une hydratation par la base du manteau supérieur. Enfin, des méthodes de mesure de diffusivité thermique (Angström, pulse) ont été adaptées à la presse multi-enclumes du LMV. Des procédures de traitement et des modélisations des transferts thermiques ont été développées Les premières mesures de diffusivité thermique de verres et liquides réalistes aux conditions mantelliques ont pu ainsi être réalisées. De plus, la caractérisation d’échantillons aux structures variées a pu être effectuée à l’aide de la méthode Angström (périclase, olivine, péridotite partiellement fondue)The transport properties of mantle rocks are key parameters to qualitatively and quantitatively interpret direct and indirect geophysical information such as seismic velocities, heat fluxes and electromagnetic profiles across Earth’s and planetary interiors. The origins of upper mantle geophysical anomalies such as the Low Velocity Zone (70-150 km deep) and the Low Velocity Layer (350-410 km deep) are poorly known and require experimental constraints. In this PhD thesis, we have explored the electrical, seismic and thermal properties of realistic solid and partially molten peridotites via the development of geophysical in situ techniques. Performed at high pressures and temperatures in multi-anvil apparatus, our experiments allowed the characterization of the effect of melting on these different physical properties at mantle conditions. We performed the first experimental combination of electrical conductivity and sound wave velocity in a single multi-anvil experiment. Thanks to this technique, we reconciled electrical and seismic estimations of the melt fraction implied in the LVZ with 0.3-0.8 Vol.% of partial melting. The textural equilibration between melt and solid phases was found to be crucial for the comparison of laboratory estimations. We then realized the first reproduction of the dehydration melting process during the ascend of hydrous peridotites from the mantle transition zone to the upper mantle, between 12 and 14 GPa. Measurements during partial melting gave acoustic and electrical signals comparable to geophysical observations favoring partial melting explanation of the LVL anomaly. The implied melt fractions at upper mantle base were quantified to be moderate (<2 Vol.%). The chemical composition of produced melts confirmed the role of chemical filter of this melt layer located between upper and deep mantle. The calculated density confirmed the neutral buoyancy of the melt layer, making it a stable feature over geological times. Volatiles analyses and hydrogen transfer modeling confirmed this layer as a potential deep water reservoir and favored a bottom-up hydration of Earth’s upper mantle. Thermal diffusivity characterization techniques (Angström and pulse heating methods) were adapted to the LMV multi-anvil apparatus. Improved treatment procedures were elaborated for thermal transfer characterization under HP and HT conditions. The first thermal diffusivity characterization of glasses and melts at realistic mantle conditions were performed. In addition, thermal diffusivities of various samples (periclase, olivine, peridotite) were investigated with different structures (solid, solid+melt etc.) using Angström method
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Créon, Bocquet Laura. "Effets thermodynamiques de l'extension de la lithosphère sur les roches du manteau : modélisation et quantification des flux de carbone mantelliques vers la croûte." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066528/document.
Full textAbstract:
Cette thèse présente une quantification du CO2 dans le manteau lithosphérique Pannonien par l'étude de xénolites de péridotites remontées par le volcanisme alcalin de la Bakony, au nord du lac Balaton. Les études texturales et compositionnelles de xénolites ont mis en évidence un métasomatisme polyphasé du manteau lithosphérique. Le dernier épisode métasomatique résulte de la percolation de liquides silicatés de type adakite, issus de la fusion d'une lithosphère subductée. Lors du métasomatisme, ces fluides primaires ont réagi avec des amphiboles métasomatiques, pour former les magmas parents de la suite calco-alcaline observée à la surface du bassin. Le bilan CO2 de ces magmas et du manteau sous Pannonien a été contraint par une approche innovante couplant : (1) de la microtomographie au rayonnement synchrotron, (2) des mesures NanoSIMS, Raman et microthermométriques, et (3) des modélisations thermodynamiques. Les concentrations en CO2 des fluides primaires ont été quantifiées entre 9.0 et 25.4 wt. %, validant ainsi une source riche en fluides. Des teneurs de ~2000 ppm de CO2 ont été estimées comme représentatives du manteau lithosphérique Pannonien. Cet important réservoir lithosphérique de CO2 est probablement drainé par le système tectonique décrochant de la Mid Hungarian Zone, entrainant l'omniprésence de CO2 mantellique dans le Bassin pannonienThis work presents a quantitative investigation of the CO2 in the lithospheric mantle by the study of peridotite xenoliths brought up to the surface by alkaline volcanism in the Pannonian Basin (Central Europe). Textural and geochemical studies of mantle xenoliths highlight a polyphased metasomatism of the lithospheric mantle. The last metasomatic event is related to the percolation of silicate melts of adakite-like compositions, originated from slab melting. During metasomatism, primary fluids reacted with metasomatic amphiboles to form parental melts of the calc-alkaline series observed at the surface of the Pannonian Basin. The CO2 budget of adakite-like magmas and of the mantle below the Pannonian Basin was then constrained by an innovative approach on mantle xenoliths using (1) synchrotron X-ray microtomography, (2) NanoSIMS, Raman spectroscopy and microthermometry, and (3) thermodynamic models. The CO2 concentrations in adakite-like melts were estimated between 9.0 and 25.4 wt. %, in agreement with a fluid-rich source. CO2 concentrations of ~2000 ppm were determined as representative of the Pannonian lithospheric mantle. This significant CO2 lithospheric reservoir is probably tapped by the major shear zone of the Mid Hungarian Zone, resulting in the omnipresence of mantle CO2 in the Pannonian basin
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Cabanes, Nelly. "Contribution à l'étude de zones de cisaillement dans le manteau supérieur : analyse texturale, pétrologique et géochimique de deux gisements de péridotites en enclaves dans les basaltes alcalins, Montferrier (Hérault, France) et San Quintin (Baja California, Mexique)." Montpellier 2, 1988. http://www.theses.fr/1988MON20016.
Full text
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Mehouachi, Fares. "Nature of Oceanic Lithosphere across the Equatorial fracture Zones in the Atlantic Ocean." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2019. http://www.theses.fr/2019USPCC014.
Full textAbstract:
La frontière de séparation entre la lithosphère rigide et l'asthénosphère ductile est un concept fondamental dans la théorie de la tectonique des plaques. Néanmoins l'observation géophysique d'une telle frontière reste un sujet de débat malgré l'avancée importante des méthodes d'imagerie géophysiques. Les études tomographiques des ondes de surface montrent une transition progressive entre la lithosphère et l'asthénosphère associée à une zone de faible vitesse de cisaillement, alors que les images obtenues à l'aide des "fonctions récepteurs" montrent une frontière nette associée à une polarité négative typique d'une diminution de la vitesse des ondes sismiques. La nature et la profondeur de la frontière lithosphère-asthénosphère restent mal connues. Pour remédier à cette situation, le projet ILAB (Imaging the Lithosphere Asthenosphere Boundary) utilise la méthode de la réflexion sismique pour localiser et étudier l'évolution de la frontière lithosphère-asthénosphère dans la zone des fractures équatoriales : Chain, Romanche et St. Paul, dans l'océan Atlantique. Deux résultats majeurs sont reportés: D'abord dans la région de la fracture de St. Paul (200 km), un système de deux réflecteurs profonds définit potentiellement la transition entre la lithosphère et l'asthénosphère. Ensuite dans la région de la dorsale Atlantique (500 km) une réflexion continue et plus profonde que le croûte océanique pourrait correspondre à la base de la lithosphère. Les méthodes et les procédures qui ont abouti à ces résultats sont présentées dans cette thèse ainsi qu'une nouvelle perspective sur l'origine de la frontière qui sépare la lithosphère et l'asthénosphèreLAB channel has a low viscosity that would allow the mechanical decoupling between the lithosphere and the asthenosphere, yet the LAB would require a large amount of volatiles, mainly water, to preserve its sub-solidus melt content (1.4%). The total amount of water trapped inside the LAB channel is very large (>> 100 ppm), yet it is surprisingly age independent despite the depth and thickness variation which suggests that a horizontal flux of volatiles originating probably from the ridge is feeding the LAB with its water content that gets focused and preserved inside the thinning LAB channel. The LAB is also potentially imaged across the Mid Atlantic Ridge (MAR) area, near the Chain transform fault using a state of the art imaging method, named as the Offset Continuation Dip Move-Out (OC-DMO), developed specifically to handle dipping structure in low SNR (Signal to Noise Ratio) environments. Plate boundaries and particularly Transform Faults (TF) are a unique setting in which the three-dimensional temperature profile could greatly affect the depth and the location of the LAB. A relatively shallow single reflector is reported underneath the MAR which deepens on both sides of the Ridge within an age range from 0 to 6 Myr but seems to flatten in the area closest to the Chain TF at ~20 km depth from the sea-surface at an age ranging from 6 to 18 Myr. This flattening stops around the edge of the TF and a rapid increase of depth is observed from ~20 km at 18 Myr to ~45 km at 22 Myr. The flattening cannot be explained by the thermal effect induced by the TF, which suggests the presence of different mechanism at play and potentially a lithospheric age anomaly. This age anomaly hypothesis is further confirmed by the lack of seafloor subsidence in the same area where the flattening is occurring. The lithosphere around the MAR near the Chain TF cannot be considered as a normal oceanic lithosphere, yet seems to confirm the correlation between the depth variation of the upper bound of the LAB and the lithospheric age, already observed in the St. Paul area
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Crépisson, Céline. ""Missing Xenon" : experimental and theoretical study of Xe storage in crustal and upper mantle minerals." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS095.
Full textAbstract:
Un stockage du xénon dans les minéraux silicatés en profondeur a été proposé pour expliquer « le Xénon manquant », i.e. la faible teneur en Xe dans les atmosphères terrestre et martienne comparée à celle des chondrites et aux autres gaz rares. Néanmoins, il existe encore peu de données concernant l’incorporation du Xe dans les minéraux, due à sa très grande volatilité aux conditions ambiantes. Dans cette thèse, nous apportons de nouveaux éléments relatifs à l’incorporation du Xe dans les minéraux majeurs de la croûte continentale (quartz et feldspath) et du manteau supérieur (olivine). Des échantillons riches en Xe ont été synthétisés et caractérisés ex situ, avant d’être étudiés in situ à haute pressions et températures (T). Des calculs théoriques ont permis de proposer des mécanismes d’incorporation du Xe expliquant les observations expérimentales. Une substitution du Xe au site du Si est mise en évidence dans l’olivine et le quartz, avec la présence de liaisons Xe-O, partiellement covalentes (Xe-O = 1.98-2.09 Å). Jusqu’à 0.4 at% Xe pourrait être stocké dans l’olivine en profondeur et une transition de phase est observée dans le quartz à haute T, avec la formation de (Xe,Si)O2. En présence de Fe et Xe, une séparation de phase est observée entre une phase enrichie et une appauvrie en Fe dans l’olivine et le feldspath, Fe et Xe se stabilisant mutuellement. Enfin, la réactivité de Xe et Kr dans un verre et magma feldspathique est étudiée : Kr est oxydé et forme des liaisons courtes Kr-O (2.49 ± 0.1 Å). Ces nouveaux résultats insistent sur la nécessité de prendre en compte l’incorporation du Xe dans les minéraux silicatés en profondeur dans le cadre du « Xénon manquant »Storage of Xe in silicate minerals has been proposed to explain the ‘Missing Xenon’ issue, i.e. the low Xe abundance in the Earth’s and Mars’ atmospheres compared to other noble gases and chondrites. However, data about Xe incorporation in minerals remain scarce due to high Xe volatility preventing studies at ambient conditions. Xe incorporation in silicates has been proposed based on experimental evidences at high pressures (P) and temperatures (T). In this PhD thesis we bring new constraints on Xe incorporation in major Earth minerals of the continental crust (quartz and feldspar) and upper mantle (olivine). Xe-bearing samples have been synthesized, characterized ex situ and investigated in situ at high P-T conditions. Theoretical calculations have been performed to propose Xe incorporation sites able to reproduce experimental observations. In olivine and quartz, a Xe for Si substitution is likely, with the formation of at least partially covalent Xe-O bonds of 1.98-2.09 Å. Up to 0.4 at% Xe could be stored in olivine at depth, and in quartz a phase transition toward a new (Xe,Si)O2 phase is evidenced at high T. In presence of Fe and Xe, a phase separation is observed between a Fe-rich phase and a Fe-poor phase for feldspars and olivine, with Xe and Fe stabilizing each other. In presence of excess water, Xe is going into the fluid phase for olivine, while it is retained in a feldspathic melt. Eventually Kr and Xe reactivity in feldspathic glass and melt is evidenced with the observation of Kr oxidation and Kr-O short bonds (2.49 ± 0.1 Å). These constraints on Xe incorporation in silicate melts and minerals at depths could be crucial in the ‘Missing Xenon’ issue
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Morino, Précillia. "L'enregistrement Eoarchéen des systèmes 146,147Sm-142,143Nd et 176Lu-176Hf : implications pour les mécanismes de différenciation et l'évolution géodynamique de la Terre Hadéenne." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0213/document.
Full textAbstract:
La naissance de la Lune, il y a environ 4.35-4.55 Ga, fut le résultat d'une collision majeure entre la proto-Terre et un embryon planétaire de la taille de Mars. L'énergie cinétique libérée lors de cet impact "géant" a sans doute été suffisante pour engendrer la fusion totale du manteau terrestre sur une profondeur de plusieurs milliers de kilomètres. La première croûte et réservoirs mantelliques différenciés furent ainsi produits par cristallisation de cet océan magmatique, avant d'être en grande partie réhomogénéisés par le recyclage crustal et le mélange convectif. Ce projet vise à apporter de nouvelles contraintes sur la chronologie et les mécanismes précoces (>4 Ga) de différenciation du manteau et de la croûte terrestres. A cet effet, une approche multi-isotopique combinant les systèmes 146,147Sm-142,143Nd et 176Lu-176Hf a été appliquée aux roches mafiques et ultramafiques de l'assemblage de Nulliak (3.78 Ga, Bloc de Saglek, Labrador) et de la ceinture supracrustale d'Ukaliq (3.75 Ga, Craton du Supérieur, Québec). L'application du système couplé 146,147Sm-142,143Nd aux échantillons de cette étude a permis de déterminer précisément l'âge de différenciation de la Terre silicatée, à 4.40±0.03 Ga. Cet âge est similaire à celui des plus anciennes roches lunaires, et légèrement antérieur à l'âge de cristallisation de l'océan magmatique lunaire (4.36±0.03 Ga). Les signatures 142,143Nd observées dans les roches Eoarchéennes de Nulliak et les laves Néoarchéennes de Theo's Flow (2.7 Ga, Abitibi) sont remarquablement similaires, et suggèrent une source mantellique commune, différenciée il y a ~4.4 Ga et préservée du mélange convectif sur une échelle de temps de plusieurs milliards d'années. L'application de la systématique 176Lu-176Hf aux metakomatiites de Nulliak indique que leur manteau source était caractérisé par des rapports Lu/Hf et Sm/Nd superchondritiques, impliquant un épisode antérieur de différenciation dans le champ de stabilité du grenat (P=3-25 GPa). De manière plus générale, il apparaît que l'ensemble des komatiites Eo- et Mesoarchéennes définissent une corrélation εHf-εNd de pente distincte (~4) à celle de la corrélation εHf-εNd du manteau moderne (~1.5). Cette signature est caractéristique d'une différenciation mantellique en présence de grenat et ne peut être attribuée à la cristallisation de pérovskite aux pressions du manteau inférieur. L'ensemble de ces observations est interprété comme reflétant une différenciation du manteau supérieur lors de la phase finale de cristallisation de l'océan magmatique, suivi du recyclage de ces cumulats superficiels dans le manteau profond par un mécanisme d'overturn. L'enregistrement isotopique Archéen en 142Nd pourrait ainsi refléter un échantillonnage ponctuel de ces hétérogénéités primordiales dans des contextes de points chauds au cours des deux premiers milliards d'années de l'histoire de la TerreThe Earth is a telluric planet that formed by collision with and accretion of multiple differentiated proto-planetary bodies. The latest of these collisions, the Moon-forming impact, occurred between the proto-Earth and a Mars-sized impactor ~4.35-4.55 Ga ago. Kinetic energy released during impact likely induced global melting of the silicate Earth over depths of thousands of kilometers. Crystallization of this magma ocean then resulted in the differentiation of primordial crustal and mantle reservoirs that were subsequently rehomogenized by convective stirring. The aim of this project is constrain the timing and differentiation mechanisms of the early silicate Earth (>4 Ga ago), using a multi-isotopic approach combining coupled 146,147Sm-142,143Nd chronometry and 176Lu-176Hf systematics. These isotopic tools were used to study well-preserved mafic to ultramafic rocks from the Nulliak assemblage (3.78 Ga, Saglek block, Labrador) and from the Ukaliq Supracrustal Belt (3.75 Ga, Superior Province, Quebec). Application of coupled 147Sm-143Nd and 146Sm-142Nd systematics to Archean rocks from this study provides a precise differentiation age of 4.40±0.03 Ga for the early silicate Earth. This event predates the final stage of magma ocean solidification on the Moon by <50 Ma, consistent with near synchronous cooling of terrestrial and lunar mantles in the aftermath of the giant impact. Furthermore, the similarity of 142,143Nd signatures between the Eoarchean Nulliak metakomatiites and Neoarchean lavas from Theo's flow (2.7 Ga, Abitibi) suggests that their parent magmas were derived from a common mantle source. This depleted mantle reservoir differentiated 4.4 Ga ago and remained isolated from mantle mixing on a billion year timescale. Application of 176Lu-176Hf systematics to Nulliak metakomatiites indicates extraction from a source with both suprachondritic ratios of Lu/Hf and Sm/Nd, consistent with prior depletion at shallow depth in the garnet stability field (P=3-25 GPa). Collectively, Eo- and Meso-Archean komatiites define an ε176Nd-ε143Nd array with a slope of ~4, significantly distinct from that of the modern mantle array (~1.5). This signature requires differentiation in the presence of garnet and cannot be attributed to crystallization of a perovskitic assemblage in a deep magma ocean (P>25 GPa). We interpret our observations to reflect differentiation of shallow cumulates during the final stage of magma ocean crystallization, followed by overturn and foundering of these dense cumulates in the deep mantle. The Archean 142Nd record may thus primarily reflect episodic sampling of these primordial heterogeneities by hot mantle plumes rather than progressive mixing of highly depleted Hadean reservoirs
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Franken, Thijs. "Analysing partial melting in the Réunion mantle plume." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2019. http://www.theses.fr/2019UNIP7129.
Full textAbstract:
La fusion partielle dans la partie supérieure du manteau est fréquente dans les zones de remontée d’eau du manteau, comme les rifts, les dorsales médio-océaniques et les points chauds. Des zones de faible vitesse d’ondes de cisaillement dans le manteau peu profond (∼ 80 km) sont souvent associées à ces endroits, révélant des anomalies de vitesse de 4 à 5 % généralement attribuées à la présence de matériau fondu. Cependant, les études sur la quantité de matière fondue responsable de la réduction de la vitesse conduisent, suivant leur nature, à des conclusions différentes: les résultats expérimentaux de la pétrologie, des observations géochimiques et des modèles géodynamiques suggèrent une rétention de la matière fondue inférieure à 1 %, alors que les interprétations sismiques exigent une rétention supérieure à 1%. Dans cette thèse, j’essaie de résoudre le désaccord sur la rétention de la masse fondue dans l’asthénosphère en croisant des modèles de production de matériau en fusion et de propagation des ondes sismiques pour relier directement les conditions géodynamiques de la fusion partielle aux observations sismiques du panache mantellique de la Réunion. J’ai mis au point un modèle 1D de production de fusion qui évalue la rétention de la matière fondue selon le coefficient de perméabilité, la températures initiale du manteau et la vitesses de remontée d’eau selon un problème de Stokes modifié supposant un écoulement poreux. 210 scénarios de modèles de fusion sont convertis en vitesses d’ondes P et S sismiques anharmoniques à l’aide d’une base de données de paramètres minéraux, qui sont ensuite incorporés dans le modèle de référence de la terre ak135 pour générer des sismogrammes synthétiques des scénarios de fusion pour 21 tremblements de Terre. J’analyse l’effet du matériau fondu sur les composantes radiale, transversale et verticale de l’onde pour les arrivées de phase P, S, Pdiff et SKS. Grâce à une procédure automatisée de corrélation croisée, je calcule les différences relatives de temps de parcours entre les sismogrammes observés et les 210 traces synthétiques, pour chacun des 21 événements, 4 arrivées de phase, 3 composantes d’onde et 4 fréquences différentes de filtrage. J’analyse 70 896 points de données de temps de parcours relatifs pour trouver une solution optimale rendant compte des temps de parcours relatifs entre les traces du modèle et les observations sismiques, afin de découvrir quel scénario de fusion décrit le manteau supérieur sous la Réunion. La solution au scénario du modèle le mieux adapté n’est pas unique, puisque plusieurs combinaisons du coefficient de perméabilité, de température et de vitesse de remontée peuvent donner la même solution. En analysant séparément la distribution des paramètres du modèle sur la solution de temps de parcours relatif minimisé des 70 896 points de données pour les différentes arrivées de phase et composantes des ondes, on peut identifier deux régimes probables des conditions du manteau supérieur pouvant rendre compte des observations sismiques. Les conditions de manteau sous la Réunion se situent soit dans la plage de température de 1300 à 1350°C avec des fractions en fusion de ∼ 1 %, soit dans la plage de température de 1400 à 1450 °C avec des fractions en fusion inférieures à 0,3 %. Les contraintes des études sur la température du manteau supérieur, la perméabilité et les vitesses de transport du matériau fondu correspondent à ce dernier cas, ce qui souligne qu’une faible rétention de matériau fondu dans le manteau peu profond sous la Réunion satisfait simultanément les observations sismiques et les conditions géodynamiques prévuesPartial melting in the upper mantle is prevalent in areas of mantle upwelling such as rifts, mid-ocean ridges and hotspots. The presence of low shear-wave velocity zones in the shallow mantle (∼ 80km) are often associated with these locations, revealing velocity anomalies of −4 to −5% which are generally attributed to the presence of melt. However, studies on the quantity of melt responsible for the velocity reduction are divided, where experimental results from petrology, geochemical observations and geodynamical models suggest melt retention of < 1%, whereas seismic interpretations call for 1 > %. In this thesis I attempt to resolve the disagreement on melt retention in the asthenosphere by combining forward modelling of melt production and seismic wave propagation to relate geodynamic condition of partial melting directly to seismic observations of the Réunion mantle plume. I developed a 1D model of melt production that approximates melt retention for a range of permeability coefficients, initial mantle temperatures and upwelling velocities through a set of modified Stokes equations assuming porous flow. 210 melting model scenarios are converted to anharmonic seismic P- and S-wave velocities using a mineral parameter database, which are embedded into the ak135 earth reference model to generate synthetic seismograms of the melting scenarios for 21 source events using the Direct Solution Method for a laterally homogeneous and spherically symmetrical Earth. I explore the effect of melt presence on the radial, transverse and vertical wave component for the P, S, Pdiff and SKS phase arrivals, band-pass filtered to upper corner frequencies of 0.05, 0.1, 0.15 and 0.2 Hz. Through an automated cross-correlation procedure I compute relative traveltime differences between the observed seismograms and the 210 synthetic model traces for each iteration of the 21 source events, 4 phase arrivals, 3 wave components, and 4 band-pass filter frequencies. I analyse 70,896 relative traveltime datapoints to reach a solution for the minimised relative traveltimes between the model traces and the seismic observations, in order to discover which melting model scenario describes the upper mantle beneath Réunion. The solution to the best-fit model scenario is non-unique, since several combinations of the permeability coefficient, temperature and upwelling velocity give the same solution. By seperately analysing the parameter distribution of the free model parameters over the minimised relative traveltime solution of the 70,896 datapoints for the different phase arrivals and wave components, two likely regimes of upper mantle conditions can be constrained that can resolve the seismic observations. These regimes indicate that mantle conditions beneath Réunion are either in the 1300−1350 °C temperature range with melt fractions of ∼ 1%, or in the 1400−1450 °C temperature range with melt fractions of < 0.3%. Constraints from studies on upper mantle temperature, permeability and melt transportation velocities correspond to the latter case, showing that low retention of melt in the shallow mantle beneath Réunion simultaneously satisfy seismic observations and the expected geodynamic conditions
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Proietti, Arnaud. "Rhéologie d'agrégats olivine-orthopyroxène sous haute pression." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30171/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la rhéologie de deux des principaux minéraux du manteau supérieur terrestre : l'olivine et l'orthopyroxène. Dans un premier temps, des agrégats polycristallins à grains fins (entre 100 nm et 5 &m) d'olivine et de pyroxène ont été synthétisés par frittage flash (Spark Plasma Sintering) ainsi que par frittage sous vide. Ces échantillons ont ensuite été déformés à des pressions comprises entre 2 et 6 GPa dans des presses de typeD-DIA, installées sur des lignes de lumière des synchrotrons NSLS et ESRF afin d'avoir une mesure in situ de la contrainte différentielle et de la déformation. L'effet de la pression sur la plasticité basse température de l'olivine a été étudié à température ambiante (ligne ID06 du synchrotron ESRF, Grenoble). Les mécanismes de déformation à haute température de l'olivine et de l'orthopyroxène ont également été étudiés, pour des températures comprises entre 900 et 1200°C (ligne X17B2 du synchrotron NSLS, New York). Les données mécaniques ainsi que l'analyse des microstructures par EBSD, suggèrent une déformation par fluage diffusion. Des lois rhéologiques incluant l'effet de la pression, de la température, de la contrainte et de la taille de grain ont été déterminées pour les deux minéraux. A ces conditions, le pyroxène est moins visqueux que l'olivine. Enfin, des échantillons biphasés, avec un rapport volumique Ol/Px de 70/30 et 80/20, ont été déformés. La contrainte différentielle calculée dans chacune des deux phases suggère la contribution d'un second mécanisme de déformation en plus du fluage diffusion, en accord avec les observations microstructuralesThis thesis presents our work on the rheology of two of the main minerals of the upper mantle: olivine and orthopyroxene. First, fined-grained polycrystalline aggregates (with grain sizes between 100 nm and 5 &m) of olivine and pyroxene were synthesized by Spark Plasma Sintering (SPS) and vacuumsintering. The samples were then deformed at pressures between 2 and 6 GPa in D-DIA presses installed on synchrotrons X-ray beamlines at NSLS and ESRF so thatmeasurements of the differential stress and strain could be obtained in situ. The influence of pressure on low-temperature plasticity of olivine was studied at room temperature (ID06 beamline, ESRF synchrotron, Grenoble). High-temperature deformation mechanisms of olivine and orthopyroxene were also studied between 900 and 1200°C (X17B2 beamline, NSLS synchrotron, New York). Mechanical results and microstructural analysis by EBSD suggest a deformation by diffusion creep. Rheological laws including the effect of pressure, temperature, differential stress and grain size were determined for each mineral. Under these conditions, orthopyroxene appears less viscous than olivine. Finally, two-phase aggregates (Ol/Px volume ration of 80/20 and 70/30) were also deformed. Differential stress, estimated in each phase, indicates the contribution of a second deformation mechanism, in agreement with microstructural observations
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Wei, Wei. "Characteristics of the late Mesozoic tectonic evolution of the South China block and geodynamic implications : Multi-approach study on the Qingyang-Jiuhua, Hengshan and Fujian coastal granitic massifs." Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01058791.
Full textAbstract:
The vast distribution and long duration of the Late Mesozoic magmatism in the eastern part of South China presents a unique case in the world. This offers a natural laboratory to study the process of magma genesis, the magma emplacement mode, the relationship between magmatism and tectonics, the geodynamic role on the magma emplacement and lithospheric evolution. Since 50's, particularly 90's of the last century, geoscientists have made important efforts in geological cartography and carried out numerous studies with remarkable scientific achievements, building a solid background to understand the tectonic evolution of the South China Block (SCB). However, certain fundamental questions mentioned above remain unsolved and/or are in hot debate. In order to make progress in these scientific issues, we have carried out in a multi-disciplinary study in the Late Mesozoic Qingyang-Jiuhua massif, Hengshan massif and Fujian coastal zone according to their distance with respect to the paleo subduction zone of the Paleo-Pacific plate, the ages of granitic massifs and related tectonics, including field observation on the structure geology, micro-observation on thin section, U-Pb dating on monazite, AMS, paleomagnetism, gravity modeling and P condition concern the granite emplacement. In the view of deformation in these granitic massifs and their country rocks, mode and influence of regional tectonics on the emplacement, though each studied zone reveals its distinguished characteristics, they show some intrinsic and common relationships between them. With our new results and integrating previous data, in this thesis, we discuss the tectonic context of emplacement of these Late Mesozoic magmatic massifs and the geodynamic evolution of the SCB., We propose a 3-step geodynamic model: (1) during 145-130 Ma period, the Paleo-Pacific plate subducted northwestwardly, the West Philippines micro-continent, approaching to SCB, important subduction-related arc volcanism was produced in the coastal areas of Southeast China coast (Zhejiang-Fujian-Guangdong), forming a back-arc extension tectonic system in SCB; (2) during 130-110 Ma period, due to the collision between the West Philippines microcontinent and SCB, the compressional tectonic structures were developed in the Changle-Na'ao coastal zone, producing ductile deformation zones. However, the inland of the eastern part of SCB was under a NW-SE extensional tectonic regime; (3) during 105-90 Ma period, a new subduction zone was developed in the SE flank of the West Philippines micro-continent, the subducting slab reached the Changle-Nan'ao tectonic belt, with the possible break-off of slab, the asthenospheric ascent was responsible for the important emplacement of plutonic massifs and dykes. The tectonics of the eastern part of SCB was characterized by a general extensional system in this period. This tectonic pattern has been significantly disturbed by the Oligocene-Eocene opening of the South China sea,and the Miocene shortening of the SCB margin in Taiwan. Of course, this model should be improved by more geological, geophysical and geochemical investigations.
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Agrinier, Pierre. "L'evolution de la croute oceanique vue par les rapports isotopiques de l'oxygene, du carbone et de l'hydrogene." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA077176.
Full textAbstract:
Nous avons etudie, au moyen des isotopes stables de l'oxygene, du carbone et de l'hydrogene, deux types de roches: la sequence ophiolitique de xigaze. Tibet et les eclogites a carbonates de norvege. Elles peuvent representer 2 etats de la croute oceanique a deux stades extremes de son evolution: 1) l'hydrothermalisme d'une dorsale lente, 2) le metamorphisme de haute pression d'une zone de subduction. Ces travaux et la litterature concernant la croute oceanique, nous permettent de dessiner l'evolution isotopique d'une portion de croute oceanique et d'estimer ses implications sur les echanges globaux manteau-ocean
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SATSUKAWA, Takako. "Interactions magma-roche, déformation à haute température et anisotropie sismique dans le manteau de la transition continent-océan et dans la lithosphère océanique." Phd thesis, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795505.
Full textAbstract:
Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.