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UE 8 - Chimie et minéralogie des intérieurs planétaires

Description du contenu de l’enseignement

Ce module aborde la composition chimique et minéralogique des intérieurs planétaires : Terre et planètes telluriques, planètes géantes, exoplanètes. L’évolution des matériaux planétaires et de leur composition depuis les processus de condensation jusqu’à la différenciation planétaire sont présentées en s’appuyant d’une part sur les données de chimie et de minéralogie (observations de la surface des planètes, météorites, échantillons géologiques), et d’autre part sur le comportement de ces matériaux dans les conditions extrêmes de pression et de température qui règnent dans les intérieurs planétaires (expériences de laboratoire, approches théoriques, modélisation thermodynamique).

1 - Comportement des matériaux planétaires en conditions extrêmes

- Présentation des techniques de génération de hautes pressions et hautes températures : méthodes statiques (presses, cellules à enclumes de diamants), dynamiques (chocs, rampes de compression), et théoriques ; quelles sont les différentes mesures possibles selon les conditions générées et selon les matériaux utilisés (équations d’état, diagrammes de phases, propriétés de transport, réactivité chimique, etc).

- Planètes géantes, satellites de glace et exoplanètes gazeuses : diagrammes de phase de l’hydrogène/hélium, des "glaces planétaires" (composés dans le système H2O-NH3-CH4, cristallins et liquides) et propriétés de ces matériaux en lien avec la structure et la dynamique des planètes.

- Terre, planètes telluriques, leurs satellites et super-Terres : comportement des silicates et du fer et ses alliages, phases cristallines et liquides (magmas, fer liquide) ; implications pour la structure et la formation des planètes.

- Visite de laboratoires hautes pressions

2 - Les éléments légers : inventaire, comportement et spéciation dans les planètes telluriques

- Abondance et comportement des éléments légers : estimation des abondances proto-solaires, processus de condensation et volatilité, comportement géochimique des éléments légers.

- Distribution des éléments légers dans l’intérieur des planètes telluriques : données de surface (inventaire des éléments légers et processus de fixation aux enveloppes rocheuses), estimation des teneurs en éléments légers des intérieurs planétaires (apports complémentaires des données d’expériences à haute pression et des données géochimiques).

3 - Différenciation planétaire

- Modèles chondritiques de composition globale des planètes

- Différenciation planétaire : formation des réservoirs (atmosphère, croûte/manteau, noyau)

- Traçage de la formation des réservoirs

Compétences à acquérir

- savoir quelle propriété chercher ou mesurer, sur quel matériau, pour comprendre telle problématique liée à la dynamique ou structure interne d’une planète
- avoir un regard critique sur la qualité technique des articles expérimentaux

Bibliographie recommandée

- Ce que disent les minéraux, P. Cordier et H. Leroux, Eds Belin - Pour la Science, 2008.
- L’intérieur de la Terre et des planètes, A. Dewaele et C. Sanloup, Eds Belin, 2005.
- Introduction to the Physics of the Earth’s interior, J.-P. Poirier, Eds Cambridge University Press, 2000.
- La géochimie, F. Albarède, Eds Gordon&Breach, 2001.

Pré-requis recommandés

- Structure et minéralogie de la Terre interne (modèle PREM)
- Notions de base en géochimie (notions de coefficients de partage, affinité géochimique des éléments)

Mode de contrôle des connaissances

- pourra prendre la forme d’une interrogation orale sur un compte-rendu de mini-projet expérimental, éventuellement en équipe en fonction du nombre d’inscrits

Responsable :

Chrystèle Sanloup, Université Pierre et Marie Curie Paris 6, ISTEP , CNRS UMR 7193, case 110, 4 place jussieu 75252 Paris, Cedex 05 France, Tel : 33+01 44 27 52 07 - E-mail : chrystele.sanloup@upmc.fr

Intervenants :

Chrystèle Sanloup et Agnès Elmaleh, Université Pierre et Marie Curie Paris 6, IMPMC , CNRS UMR 7590, case 115, 4 place jussieu 75252 Paris, Cedex 05 France, Tel : 33+01 44 27 50 61 - E-mail : Agnes.Elmaleh@impmc.jussieu.fr





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