Les systèmes Fe-FeS et Fe-S-Si à haute température et haute pression : Implications pour les noyaux des corps planétaires

devant le jury : Laurent CORMIER ......... Examinateur Guillaume FIQUET ........ Directeur Olivier GRASSET ......... Rapporteur Bertrand GUILLOT ........ Rapporteur François GUYOT .......... Examinateur Mohamed MEZOUAR ......... Invité Chrystèle SANLOUP ....... Co-directrice Résumé: Le présent travail a pour sujet les alliages métalliques dans les systèmes Fe-FeS et Fe-S-Si. Les liquides dans ces systèmes ont été étudiés en fonction de la pression, de la température et de la composition chimique afin de mieux comprendre leurs propriétés structurales et physiques. Ces résultats ont été directement appliqués à la problématique de la formation et de la composition des noyaux des corps planétaires. La réalisation d'un assemblage permettant de chauffer les échantillons à plus de 1300 K et 17 GPa à l'aide de la presse Paris Edimbourg a permis de conduire une analyse structurale poussée, par diffusion in situ des rayons X, du liquide eutectique dans le système Fe-FeS. Après avoir développé une méthode fine de traitement des données, nous avons pu mettre en évidence une augmentation de la compacité du liquide avec la pression. Nous avons également montré que la structure du liquide Fe-20%pds S à 17 GPa se rapproche de celle du liquide Fe-20%pds Si à 2GPa, d'où la fermeture du fossé de miscibilité Fe-S-Si à haute pression. L'évolution structurale du liquide eutectique Fe-FeS pourrait avoir une implication directe sur l'extrapolation des vitesses sismiques aux pressions du noyau terrestre. L'utilisation d'une cellule à enclumes de diamants chauffée au laser des deux côtés couplées aux rayons X a permis d'étudier le diagramme de phase Fe-FeS à 70 GPa. A ces pressions, la structure du liquide montre de fortes similitudes avec un alliage de type hexagonal compact. L'effet destructurateur du S sur la structure du fer liquide semble ainsi s'atténuer à haute pression. L'étude des liquides immiscibles dans le système Fe-S-Si par diffusion in situ des rayons X a permis de mettre en évidence une importante différence structurale entre les deux liquides. Une détermination expérimentale du fossé de miscibilité Fe-S-Si en pression et en température a été effectuée sur des échantillons trempés à l'aide d'une technique novatrice d'analyse des cartes de compositions chimiques élémentaires. Un modèle thermodynamique prédictif a également été développé afin de déterminer l'évolution de ce système à haute température.