Rheology of Earth Materials :

Closing the gap between timescales in the laboratory and in the mantle

26 juin 2019: Alexandre Mussi soutient son HDR

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches 

Titre: « Apport de la microscopie électronique en transmission quantitative à la plasticité des minéraux »

Mercredi 26 juin à 9h30 à l’amphithéâtre 1A04 de l’IUT A.
 

Résumé :

La convection des roches du manteau terrestre est le moteur du refroidissement de notre planète. Cette dynamique interne produit une activité géologique intense en surface : la dérive des continents. Pour maitriser la tectonique des plaques, il est nécessaire d’étudier la plasticité des minéraux qui constituent le manteau. Les déformations plastiques sont essentiellement régies par le mouvement de dislocations. Le microscope électronique en transmission (MET) est l’outil le plus adapté pour l’étude fondamentale de ces défauts linéaires nanométriques. Mes travaux de recherche sont principalement axés sur l’étude de la plasticité des minéraux du manteau par caractérisations MET des microstructures de dislocations. Des analyses poussées permettent d’obtenir des informations semi-quantitatives, voire quantitatives, sur les mécanismes de déformation plastique.
L’activité de la tectonique des plaques se concentre principalement dans les zones de subduction. Certaines plaques ont tendance à s’enfoncer rapidement dans le manteau, entrainant avec elles des phases hydratées qui, avec la pression et la température, se transforment en silicates magnésiens hydratés denses (DHMS). L’étude de ces phases a un double intérêt : nous informer sur le devenir de l’eau dans le manteau, et vérifier si les propriétés d’accommodation de déformation, comme les tremblements de terre silencieux, sont conservées en profondeur. Etant donnée la grande sensibilité de ces phases au faisceau d’électrons, nous avons développé une méthodologie pour caractériser les DHMS au MET.
Malgré plus de 50 ans d’étude, les mécanismes de déformation plastique de l’olivine, phase minérale majeure du manteau supérieur, restent confus. Dans la partie haute de la lithosphère, la forte friction de réseau entraine des configurations de dislocations rectilignes rendant difficiles l’accès aux systèmes de glissement, tandis que dans la partie basse du manteau supérieur, des interactions multiples et les aspects tridimensionnels des dislocations limitent considérablement l’interprétation des mécanismes de déformation plastique. Nous avons donc décidé de développer la tomographie électronique en transmission des dislocations (TETD) pour voir ces microstructures de dislocations sous un angle nouveau. Cette technique a clairement dépassé nos attentes : en plus d’apporter un aspect statistique et donc quantitatif à la plasticité au MET, au travers des systèmes de glissement, la TETD nous a permis de caractériser des mécanismes d’interactions complexe de dislocations et de quantifier la part de glissement, de montée et de glissement dévié, au cours de la déformation.
Les presses haute température / haute pression permettent actuellement de synthétiser et de déformer, aux conditions du manteau supérieur, des échantillons massifs (nous entendons par massif des échantillons dont le volume représente une fraction de mm3). Les dispositifs où la déformation plastique est contrôlée (Déformation-DIA, presse rotative Drickamer) produisent généralement des taux de déformation élevés, entrainant des densités de dislocations supérieures à 1015 m-2. Compte tenu de la superposition du contraste des dislocations, leurs analyses sont difficiles voire impossibles pour de telles densités de dislocations. En gardant à l’esprit que les déformations plastiques sont intimement liées aux désorientations cristallines, nous avons entrepris l’analyse de cartographies de désorientation pour sortir de cette impasse.