Modles de Terre,

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(No Transcript)
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Modèles de Terre,

• une quête dabsolu toute relative
• Edouard Kaminski
• avec Marc Javoy,
• et de nombreux collègues

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En préambule,

• La composition de la Terre contrôle sa dynamique
  geodynamique f(composition)
• Un modèle de Terre un scénario de formation
• Une illustration des approches
  pluri-discipinaires en Sciences de la Terre

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Notre but,

• Connaître la composition de la Terre silicatée
  BSE, et du noyau (avec si possible le détail des
  parties supérieure et inférieure du manteau),
• en terme dabondance des éléments majeurs
• jouant un rôle clef en geodynamique, soit
• Si, Mg, Al, Ca, Fe, O, (Ni, S)

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(No Transcript)
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Un premier modèle  extraterrestre 

• Principe eg Harkins, début XXeme,
• une météorite est plus représentative de la
  composition globale de la Terre que la fine
  pellicule qui nous est accessible par
  échantillonnage

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Hypothèse dordre 0 Terre ? Soleil condensé ?
C1 (eg Orgueil)
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Comparaison des abondances atomiques relatives à
Si(Holweger, 1977)
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Contraintes complémentairesissues de la
géophysiqueet des météorites de Fer
M_noyau 32.4 M_Terre NOYAU Alliage Fe-Ni
une certaine fraction déléments légers
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Système déquations nSi, nO et anFeC/nFetot
inconnus
(Si,Mg,Al,Ca,O)M (Si,Mg,Al,Ca,O)tot (Ni,S)C
(Ni,S)tot nO nMg 2nSi anFe nCa
3/2nAl M_noyau 0.324 M_Terre Xtot/Sitot
(X/Si)C1
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Résultat - modèle C1  brut 
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Les questions que posent ce modèle
Processus quinduit laccrétion ? Noyau
peut-on contraindre la teneur en éléments
légers, quels sont les autres candidats
possibles (Si et O par exemple)
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(1) Contraintes de la mineral-physics
PREM calculs ab initio et expériences
Cln entre 6 et 14 déléments légers dans le
noyau, SiOS
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(1) Contraintes de la mineral-physics
Suite
Badro et al., EPSL, 2007 S nest pas un
candidat satisfaisant (trop mou)
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(1I) Conséquences de laccrétion
Seuls les rapports déléments réfractaires ne
sont pas affectés La Terre est probablement
enrichie en réfractaires et appauvrie en espèces
volatiles
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Conclusion peu (pas) de S dans le noyau,mais
même un test sur le rapport Ca/Al nest pas tout
à fait concluant
Wasson Kalleymen, 1988
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Un test sur le rapport Ca/Al nest pas tout à
fait concluant, surtout vu de près
Mason 1966, Sears et al. 1983, Easton 1985,
Kallemeyn Wasson 1986, Zhang et al. 1995, Kong
et al. 1997
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Conclusions du modèle C1

• Laccrétion nest pas transparente,
• ie elle doit être  modélisée 
• Si et O sont présents dans le noyau
• comment les répartir entre le manteau et le noyau
  ?

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(No Transcript)
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Un second modèle plus  Terre à Terre 

• Modèle pétrologique de Ringwood (1963, 66-75)
• Basalte liquide de fusion partielle
• Péridotite résidu de fusion
• PYROLITE f basaltes (1-f) péridotites

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Quelques recettes de pyrolite

• utilisation de péridotites alpines et/ou de
  xénolites mantelliques avec Mg 90-95, par ex
• 99 péridodites de Lizard 1 néphélinite
• 83 harzburgite résiduelle 17 tholéite
  océanique primitive
• moyenne du complexe ophiolitique de Vourinos

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Résultat - modèle Pyrolitique
Ca/Al 1.07 1.20
1.11
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Les questions que pose ce modèle
Comment fixer le bon mélange quelles
proportions ? comment choisir léchantillon le
plus primitif ? Pour y répondre, utiliser une
contrainte chondritique
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Les modèles pyrolitiques  mixtes 
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(1) La méthode des intersections
Loubet et al., 1975 Jagoutz et al., 1979 Hart
et Zindler, 1986
Albarède, 2003
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(1I) Les variantes
Rapports réfractaires chondritiques ligne
dévolution des péridotites /- ligne
dévolution des chondrites McDonough et Sun, 1995
Allègre et al., 1995 Palme et ONeil, 2003
Lyubetskaya et Korenaga, 2007
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Résultat Modèle 3
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Conclusions Modèle 3

• Enrichissement en Ca et Al par rapport à CI lors
  de laccrétion
• - compatible avec leur comportement réfractaire.
• Enrichissement relatif en Mg par rapport à Si
  comparé aux CI
• - faiblement justifié
• Les compositions obtenues restent très
  similaires à la Pyrolite construite sur les
  seules bases pétrologiques

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La question que pose ce modèle
Si le manteau nest pas homogène, quelle est la
signification de la pyrolite ?
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Retour vers la geophysique
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(I) Structure thermique du manteau
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Données PREM, AK135
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Paramètres composition pptés élastiques
et densités   
Manteau homogène pyrolite
eg. Daniel et al. 2004, Andrault et al., 2001,
cf. Mattern et al., 2005 Matas et al., 2007,
Deschamps Trampert, 2004
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Résultat
Profil de température superadiabatique dans le
manteau Brown et Shankland, 1981 Da Silva et
al., 2000 Cammarano et al., 2005 Matas et al.
2007
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(II) Dynamique des fluides
Fig. Labrosse
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Paramètres composition homogène chauffage
interne
Film H. Schmeling http//www.geophysik.uni-frankf
urt.de/schmelin
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Résultat dans un système convectifde
composition homogène,dissipatif, avec chauffage
interne, le profil de température est
subadiabatique
Sotin Labrosse, 1999
Sinha Butler, 2007
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Comment résoudre cette contradiction la
convection Thermo-chimique
Davaille, 1999
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Confirmation de la présence de dômes
thermochimiques par la tomographie sismique
A. Davaille, E. Stutzmann, J.P. Montagner et al.,
2005, 2006 2007.
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Confirmation de la présence de dômes
thermochimiques par la tomographie sismiqueet
les modèles numériques de convection
Trampert et al., 2004 Deschamps et al., 2007
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CONCLUSION le manteau terrestre EST
hétérogèneQUESTION comment contraindre cette
hétérogénéité ?RÉPONSE par les chondrites ?!
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Modèle 4 E-Earth,former la Terre à partir des
chondrites à enstatiteM. Javoy, 1995-1999
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EH à EL, les chondrites à enstatite
INDARCH
Zhang et al. 1995
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Des chondrites avec un état red-ox  particulier 
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Et une composition isotopique non moins
 particulière 
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De plus près
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Généralisation aux autres anomalies isotopiques
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Principe du modèle Javoy 1995-1999
La composition isotopique des chondrites EH et EL
et leur état red-ox sont les mêmes que ceux de la
Terre. Ils sont le résultats de processus qui ont
également affecté le matériel ayant formé la
Terre HYPOTHÈSE Terre un objet du type
E-chondrite, (et en prime un scénario)

Abee
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Mise en uvre (1) générer des E-chondrites
synthétiques, puis les dé-sulfuriser
E-Chondrites Sulfures Métal Silicates
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Paramètres compositions et abondances des trois
phases
Résultat un ensemble de compositions
 synthétiques 
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Illustration graphique
Certaines compositions extrêmes correspondent aux
clasts, aux aubrites
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Mise en uvre (1I) formation du noyau et
oxydation du manteau
SiO2 2 Fe 2 FeO Si (1)

Expérience 20GPa-2000oC - Malavergne et al.,
2004 rôle du Si initialement dissous dans le métal
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Mode de calcul 4 inconnues,Fe, Ni, Si et O
dans le noyau
CONTRAINTES

• Composition initiale dune E-chondrite
  synthétique
• Equation doxydo-réduction (1)
• Taille du noyau (32.4 en masse)
• Teneur en éléments légers SiO (104)
• (FeO/NiO) pyrolitique (5)

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Résultats
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Une conséquence incontournable la fusion
partielle du manteau lors de la différenciation
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Mise en uvre (I1I) formation du manteau
supérieur pyrolitique par fusion partielle
La composition du résidu (manteau inférieur)
dépend du taux de fusion et des coefficients de
partage (Liebske, Corgne Woods, 2004-05)
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Résultat
Taux de fusion partielle 17.6310.59 - 5.10
- 81.23
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Dernière étape filtre géophysique

• Dynamique des fluides teneur en Fer gt Pyrolite
  (Davaille 1999)
• Mineral physics inversion du modèle PREM
  (Matas et al., 2007)

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Résultat FINAL
Taux de fusion partielle 32.2816.51 5.15 -
67.43
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Rappel schématique du scénario
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CONCLUSIONS

• (1) Les modèles pyrolitiques contraignent la
  chimie
• du manteau supérieur
• (2) Une composition terrestre globale
• apparentée à celle des chondrites à enstatite
• est compatible avec lensemble des contraintes
• sur les éléments majeurs
• (3) Elle prédit un manteau inférieur
• plus dense et plus dur
• que le manteau supérieur
• (4) Elle fournit un scénario cohérent,
• que lon peut tester de façon quantitative,
• à suivre

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