L. Bezacier - 2011
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Propriétés élastiques des minéraux hydratés : Applications à l’anisotropie sismique dans les zones de subduction.

La circulation de matière et la signature sismique des zones de subduction sont fortement dépendantes des propriétés élastiques de deux grands types de minéraux hydratés : les serpentines (antigorite, lizardite et chrysotile) provenant de l'hydratation des minéraux du manteau et le glaucophane, minéral marqueur des schistes bleus et éclogites, faciès métamorphiques caractéristiques des zones de subduction. La détection de ces phases est parfois difficile. Il est nécessaire de connaître leurs propriétés élastiques afin de mieux comprendre les images sismiques acquises. L'objectif de cette thèse est de mesurer et de calculer les propriétés élastiques de minéraux hydratés par la spectroscopie Brillouin (dans le cas de l'antigorite et du glaucophane) et par les calculs ab initio (pour la lizardite). Caractériser au mieux ces propriétés permet de les relier à la sismicité dans les zones de subduction et notamment aux zones de faibles vitesses détectées par diverses méthodes sismiques. Nos mesures ont été réalisées à l'ambiante pour l'antigorite et le glaucophane et à haute pression pour l'antigorite en cellule à enclumes de diamants. Les mesures élastiques ont ensuite été couplées à des mesures d'orientations préférentielles par Electron Back-Scattered Diffraction. Ceci a permis de quantifier l'anisotropie élevée (AVP=37% et AVS=50%) dans la roche totale ainsi que les vitesses sismiques faibles des ondes P et S. Nous avons pu ainsi relier le décalage des ondes S aux retards observés par sismique dans la zone de subduction de Ryukyu (Japon). Les observations sismiques montrent que la serpentine est présente dans les zones où la sismicité est faible et apparaît non seulement comme un minéral essentiel des zones de subduction mais en plus comme un "lubrifiant" permettant aux couches de glisser les unes sur les autres sans engendrer de séismes. Pour le glaucophane, les schistes bleus présentent une anisotropie plus élevée que les éclogites à glaucophane mais ces roches sont toutefois difficiles à détecter avec la profondeur, du fait de leurs vitesses élevées comparables à celles du manteau environnant. Nos calculs par méthode ab initio portent sur un analogue de l'antigorite, la lizardite pour laquelle nous avons établi les constantes élastiques à diverses pressions et en présence de fer ou non. Nous avons mis en évidence une anomalie élastique vers 5 GPa pour la lizardite et 7 GPa pour l'antigorite, que nous avons confirmée ensuite par des mesures de spectroscopies Brillouin et Raman à haute pression.

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