Page "transition de phase"



Contenu de la Page

Les pressions et la température à l'intérieur de la planète sont très différentes de celles que nous connaissons en surface. Ceci n'est pas sans conséquence sur les propriétés des roches et minéraux en profondeur. En particulier, quand un matériau subi des variations de pression et température, on observe ce qu'on appele des transitions de phase, prenons l'exemple du carbone.

applet: la transition de phase

(un peu comme l'applet Java High Pressure Laboratory )

A droite une image, a gauche, un diagramme de phase du carbone, P en abscisse et T en ordonnée.

  • On demarre a température et pression ambiantes, on montre une image de graphite, un bouton donne accès à la structure cristallographique
  • On a un deux commandes:
    1. Monter et descendre la température, limites: de -10 à 150 degrés celsius
    2. Monter et descendre la pression, limites: de 1 a 10 kbar (1 GPa)
  • Un point montre la position sur le diagramme de phase, sur la gauche on montre une image de la phase qui existe sous ces conditions, avec un lien vers la structure cristallographique. Il y aura trois possibilité, diamant, graphite ou liquide
  • Prévoir un espace pour les instructions:
    Variez pression et température et observez les transitions. La phase stable du carbone dépend de la pression ou la température exercée sur l'échantillon.

Il en va de meme pour les roches et minéraux. Sous l'effet combiné de la pression et de la température, ils subissent des transitions de phase qui modifient complètement leur structure et propriétés. Bien que les éléments qui les composent soient les memes que ceux que nous connaissons (fer, magnésium, oxygène...) , les minéraux observés à l'intérieur de la planète sont différents des minéraux de surface.

Nous savons (la Terre accessible) que le manteau supérieur contient une proportion importante d'un minéral appelé olivine car il est présent dans les enclaves de péridotite remontées par le volcanisme. Que se passe-t'il lorsque l'on soumet un cristal d'olivine à de très fortes pressions et températures? Il va subir des transitions de phase...

animatin: le diagramme de phase de l'olivine et la densitté observée en sismologie

  • Cette animation sera réalisé en DHTML (image avec une balise MAP).
  • Image du diagramme de phase de l'olivine comme celle-ci (en plus joli, évidemment), avec à coté la courbe de densité mesuré en sismologie pour les profondeurs correspondantes
  • L'utilisateur peut cliquer sur chacune des sections du diagramme de phase, et on lui ouvre une fenetre popup avec la structure correspondante
Texte explicatif à placer quelque part:
Cette animation présente le diagramme de phase de l'olivine pour des pressions et températures correspondantes au manteau supérieur et la courbe de densité observée en sismologie (les ondes qui traversent la Terre). Nous pouvons maintenant expliquer les discontinuités observées dans le courbe de densité. Entre 0 et 670 km de profondeur, l'olivine subit une certain nombre de transitions de phase, et finalement se décompose en perovskite et magnésiowustite à la pression de la frontière manteau inférieur- manteau supérieur, ou le saut de densité observé est très important.

Nous pouvons donc expliquer les différents couches concentriques observées grace aux ondes sismiques. Elles sont la conséquence de transitions dans les proportions et les propriétés des matériaux présents en profondeur. De plus la position de la transition dans le diagramme de phase permet d'estimer la température à la discontinuité.

Ressources: