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17/09/2018 Vincent Clési (LGLTPE)

Partage métal-silicate de l’hydrogène à haute pression-haute température : implications sur les concentrations en hydrogène des noyaux planétaires. (à la Doua, salle Fontannes)
Quand ? Le 17/09/2018,
de 14:00 à 15:00
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Partage métal-silicate de l’hydrogène à haute pression-haute température : implications sur les concentrations en hydrogène des noyaux planétaires.

L’accrétion des planètes telluriques à partir de matériaux primitifs et la différenciation formant un noyau et un manteau sont des questions fondamentales pour comprendre le système solaire interne. De nombreuses questions portant sur les processus permettant l’accrétion et la différenciation ne sont toujours pas résolues. Par exemple, en quoi la présence d’eau pendant la ségrégation noyau-manteau pourrait affecter les modèles d’accrétion planétaires ? De fait, de récentes études géodynamiques et géochimiques/cosmochimiques suggèrent une accrétion des éléments volatils à partir de planétésimaux hydratés lors de la ségrégation du noyau [1-4]. Les études portant sur le partage métal-silicate en milieu hydraté sont jusqu’à présent limitées à des pressions inférieures à 1 GPa [5,6], soit largement en-dessous des conditions P-T prévalant lors de la formation des noyaux terrestre et martien.

Dans notre étude, nous avons menés des expériences sur une presse multi-enclume, afin de couvrir une large gamme de conditions P-T (5 à 20 GPa et 2000 à 2500 K), de conditions redox (logfo2 variant de -5 à -1 par rapport au tampon IW) et de concentrations en eau (de 500 ppm à 1,5 % poids). Les résultats de ces expériences montrent qu’à l’exception du fer, l’eau diluée dans un océan magmatique primordial n’a pas d’effet sur le coefficient de partage métal-silicate des éléments sidérophiles. Ces résultats nous amènent à construire des modèles d’accrétion de Mars et de la Terre, basés sur l’évolution de l’état d’oxydation des manteaux planétaires. Ces modèles nous permettent de proposer un maximum pour les concentrations primordiales en eau sur Terre et sur Mars.

De plus, ces expériences nous ont permis de ré-évaluer le partage de l’hydrogène entre métal et silicate liquide à haute pression. En effet, les études expérimentalement s’intéressant à ce sujet sont pour la plupart peu réalistes en termes de conditions de formation du noyau : soit des partages entre liquides silicaté et métal solide (7), entre silicate solide et métal liquide (8) ou partage liquide/liquide en système saturé en eau (9). Du fait de fugacité d’hydrogènes plus faibles dans nos expériences, nous avons pu déterminer des coefficients de partage de l’hydrogène dans des conditions plus réalistes de la formation du noyau de la Terre ou de Mars. Nos expériences montrent que l’hydrogène se comporte comme un élément lithophile, y compris à haute pression, et que les concentrations en hydrogène des noyaux primitifs des planètes telluriques sont probablement très faibles (<100 ppm).

Références

[1] Morbidelli et al. (2000) Meteoritics & Planetary Science 1320, 1309-1320.

[2] Marty (2012) EPSL 313-314, 56-66.

[3] O’Brien et al. (2014) Icarus 239, 74-84.

[4] Sarafian et al. (2014) Science 346, 623-626.

[5] Righter and Drake (1999) EPSL 171, 383-399.

[6] Jana and Walker (1999) GCA 63, 2299-2310.

[6] Iizuka-oku et al. (2017) Nat. Comm. 8, 1-7.

[8] Shibazaki et al. (2009) EPSL 287(3-4), 463-470.

[9] Okuchi,T. (1997) Science 278, 1781-1784.

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