Modélisation à l’échelle atomique des dislocations et de la plasticité dans la post-perovskite MgSiO3
(Modeling defects and plasticity in MgSiO3 post-perovskite at the atomic scale)

URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Goryaeva, Alexandra
Date de soutenance : 06/12/2016
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Anglais
Directeur(s) de thèse :  Carrez, Philippe ; Cordier, Patrick
Laboratoire : Unité matériaux et transformation (UMET)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Sciences de la terre
Discipline : Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux
Mots-clés : Structure post-perovskite
Ondes sismiques -- Atténuation
Limite noyau-manteau
Dislocations dans les cristaux -- Simulation par ordinateur
Minéraux silicatés -- Plasticité -- Effets des hautes pressions

Résumé : La couche D" située à la frontière manteau-noyau est une région complexe caractérisée par une forte anisotropie à différentes échelles. Inaccessible de par sa profondeur et caractérisée par des conditions P-T extrêmes, l’étude de cette région de la Terre représente un défi majeur qui ne peut être abordé qu’au travers d’observables géophysiques et d’expériences de hautes pressions. Les causes de l’anisotropie sismique de D" sont toujours l’objet de débats. La contribution de l’orientation préférentielle des cristaux reste cependant une piste privilégiée compte-tenu de la structure très anisotrope de la post-perovskite (ppv). De plus, D" est une couche limite thermique à l’interface entre le noyau constitué d’un alliage de fer liquide et le manteau inférieur constitué de silicates visqueux. Les propriétés physiques de D" sont donc particulièrement importantes pour comprendre les transferts thermiques en provenance du noyau et leur contribution à la convection mantellique. Ce phénomène implique l’écoulement plastique de roches contrôlé par le déplacement de défauts cristallins. Cependant, pour la ppv, les informations concernant les systèmes de glissement majeurs ou les défauts sont extrêmement parcellaires. Pour les phases de hautes pressions, la modélisation numérique représente une approche de choix pour obtenir des informations sur les mécanismes de déformations élémentaires difficiles à obtenir par voie expérimentale. Le but de ce travail est d ‘étudier à l’échelle atomique les défauts majeurs de la ppv MgSiO3 ainsi que leurs mobilités afin d’évaluer la capacité de cette phase à se déformer plastiquement par glissement de dislocations dans les conditions de D".


Résumé (anglais) : The D’’ layer, located right above the core-mantle boundary, represents a very complex region with significant seismic anisotropy both at the global and local scale. Being a part of inaccessible deep Earth interior, characterized by extreme P-T conditions (>120 GPa, 2500 K), this region is very challenging for interpretation relying only on the direct geophysical observations and high-pressure experiments, leading often to contradictory results. Thus, the reasons of the pronounced anisotropy in D’’ are still debated. Among them, contribution of the crystal preferred orientation in anisotropic silicate post-perovskite (ppv) phase is commonly considered as substantial. Furthermore, the D’’ is a thermal boundary layer located at the interface between liquid iron alloy, constituting the outer core, and solid although viscous silicates of the lowermost mantle. As such, its physical properties are critical for our understanding of the heat transfer from the core, driving mantle convection. The latter is governed by plastic flow, controlled by the motion of defects in crystals. However, for the ppv, information about mechanical properties, easy slip systems, dislocations and their behavior under stress is still scarce. For high pressure phases, numerical modelling represents a powerful tool able to provide the intrinsic properties and the elementary deformation mechanisms, not available for direct observations during high-pressure experiments. The aim of this study is to access the structure and mobility of dislocations in MgSiO3 ppv, relying on the atomic-scale modeling, in order to infer the ability of this phase to plastically deform by dislocation glide at D’’ conditions.


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