Fusion du manteau à haute pression et haute température : application à la dynamique de la Terre primitive

Lors de la formation de la Terre, de grandes quantités de chaleur ont été libérées par l’énergie gravitationnelle grâce aux collisions de planétésimaux, mais aussi à la ségrégation noyau-manteau ou encore à la désintégration radioactive. Ces différents processus ont provoqué la fusion du manteau et des épisodes d’océan magmatique. Avec le refroidissement de la Terre, l’océan magmatique s’est cristallisé, ce qui a conduit à la ségrégation chimique entre les différents réservoirs terrestres. Étudier les propriétés de fusion du manteau est donc essentiel afin de mieux comprendre la mise en place de la Terre primitive et son évolution jusqu’à aujourd’hui. Grâce à différentes études sismologiques et magnétotelluriques, on distingue actuellement des zones à faibles vitesses sismiques dans le manteau supérieur (LVL et LVZ), mais aussi dans le manteau inférieur (LLSVP et ULVZ), pour des profondeurs allant de 80 jusqu’à environ 2900 km. L’origine des faibles vitesse des ondes sismiques semble, dans certains cas, compatible avec la fusion partielle du manteau. Malgré tout, cette question est encore vivement débattue. Les diverses études expérimentales réalisées sur des matériaux mantélliques indiquent que la température potentielle actuelle ne permet pas la fusion du manteau péridotitique, chondritique ou pyrolitique sans l’intervention d’une quantité importante d’éléments volatils, tels que l’eau ou le CO2, ou bien des changements drastiques de la composition chimique. Cependant, les propriétés de fusion du manteau profond restent controversées en raison des grandes difficultés expérimentales. Dans une première partie de cette étude, nous avons réalisé une nouvelle détermination expéri- mentale (i) du profil du solidus de la pyrolite ultra-sèche et (ii) de la courbe de fusion de deux compositions (Mg,Fe)(Si,Al)O3 de la bridgmanite (Bg), en utilisant une cellule à enclumes de diamant chauf- fée par laser (LH-DAC). La fusion a été détectée en utilisant divers critères. Les résultats obtenus indiquent que la courbe de fusion de MgSiO3 est en bon accord avec les études précédentes, basées sur des calculs ab initio et des expériences d’ondes de choc, tandis que (Mg0.955,Fe0.045)(Si0.993,Al0.007)O3 fond à des températures de 600 à 800 K inférieures à celles du MgSiO3 pur. Le solidus de la pyrolite présente une évolution régulière de 2200(100) K à 3950(200) K entre 25 et 140 GPa, respe