PARTIE 2 | La Terre interne actuelle
3,1| Un modèle minéralogique du manteau
Le manteau s’étend jusqu’à 2 900 km de profondeur. La pression varie de 0 à
135 109 Pa (135 GPa), c’est-à-dire 1,35 millions de fois la pression atmosphérique. Comme il n’existe pas d’échantillon du manteau profond, une méthode est
de réaliser des expériences en laboratoires en imposant des pressions similaires.
Une autre approche est d’utiliser la physique des matériaux pour modéliser la dynamique moléculaire, grâce à des ordinateurs puissants, et prédire les propriétés
physiques des matériaux simulés. Cette technique est en développement important
aujourd’hui, mais les expériences ont déjà permis de résoudre de nombreuses
questions depuis les années 1950.
Méthode
Comment atteindre en laboratoire les pressions de l’intérieur de la
Terre et des températures de plusieurs milliers de degrés ?
Revenons à ce qu’est la pression : c’est une force par unité de surface. Une grande
force sur un tout petit échantillon permet d’obtenir des très hautes pressions. Une force
est aussi similaire à une accélération. Ainsi, les premières expériences qui ont permis
d’atteindre des très hautes pressions ont été les expériences de choc : une explosion
ou bien une propulsion extrêmement rapide d’un projectile contre un échantillon.
Aujourd’hui les chocs sont aussi réalisés par des lasers puissants (figure 6.12).
Figure 6.12
Salle d’ expériences
de choc en
laboratoire LULI
2000. Des lentilles
collimatent les deux
faisceaux lasers
vers la chambre
d’interaction au
centre gauche
de la photo.
En plein essor depuis les années 1990, l’utilisation d’enclumes permet aujourd’hui
d atteindre des pressions similaires à celles du centre de la Terre (plusieurs millions
d atmosphères soit plusieurs GPa). Pour y arriver, il est nécessaire de réduire la taille
des échantillons et de disposer d’enclumes d’une dureté suffisante pour résister aux
forces extrêmes. Deux grands types d’appareillages sont mis en œuvre aujourd’hui :
• Les presses dites multi-enclumes qui peuvent appliquer plus de 1 000 tonnes sur un
échantillon (équivalent à une force de 9,81 • 106 N) dont la surface de l’échantillon
est de I ordre de 300 mm- (1,7 cm x 1,7 cm). La pression obtenue peut atteindre
30 GPa. Les enclumes utilisées sont des octaèdres en carbure de tungstène. Elles
peux ent être équipées de thermocouples qui agissent comme un four (figure 6.13).
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3,1| Un modèle minéralogique du manteau
Le manteau s’étend jusqu’à 2 900 km de profondeur. La pression varie de 0 à
135 109 Pa (135 GPa), c’est-à-dire 1,35 millions de fois la pression atmosphérique. Comme il n’existe pas d’échantillon du manteau profond, une méthode est
de réaliser des expériences en laboratoires en imposant des pressions similaires.
Une autre approche est d’utiliser la physique des matériaux pour modéliser la dynamique moléculaire, grâce à des ordinateurs puissants, et prédire les propriétés
physiques des matériaux simulés. Cette technique est en développement important
aujourd’hui, mais les expériences ont déjà permis de résoudre de nombreuses
questions depuis les années 1950.
Méthode
Comment atteindre en laboratoire les pressions de l’intérieur de la
Terre et des températures de plusieurs milliers de degrés ?
Revenons à ce qu’est la pression : c’est une force par unité de surface. Une grande
force sur un tout petit échantillon permet d’obtenir des très hautes pressions. Une force
est aussi similaire à une accélération. Ainsi, les premières expériences qui ont permis
d’atteindre des très hautes pressions ont été les expériences de choc : une explosion
ou bien une propulsion extrêmement rapide d’un projectile contre un échantillon.
Aujourd’hui les chocs sont aussi réalisés par des lasers puissants (figure 6.12).
Figure 6.12
Salle d’ expériences
de choc en
laboratoire LULI
2000. Des lentilles
collimatent les deux
faisceaux lasers
vers la chambre
d’interaction au
centre gauche
de la photo.
En plein essor depuis les années 1990, l’utilisation d’enclumes permet aujourd’hui
d atteindre des pressions similaires à celles du centre de la Terre (plusieurs millions
d atmosphères soit plusieurs GPa). Pour y arriver, il est nécessaire de réduire la taille
des échantillons et de disposer d’enclumes d’une dureté suffisante pour résister aux
forces extrêmes. Deux grands types d’appareillages sont mis en œuvre aujourd’hui :
• Les presses dites multi-enclumes qui peuvent appliquer plus de 1 000 tonnes sur un
échantillon (équivalent à une force de 9,81 • 106 N) dont la surface de l’échantillon
est de I ordre de 300 mm- (1,7 cm x 1,7 cm). La pression obtenue peut atteindre
30 GPa. Les enclumes utilisées sont des octaèdres en carbure de tungstène. Elles
peux ent être équipées de thermocouples qui agissent comme un four (figure 6.13).
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