Etude par dynamique moléculaire du comportement élastique et vibrationnel des roches sous pression : cas du carbonate de calcium et de la strontianite

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 25-03-2009
auteur(s) Sekkal Taleb Nezha
jury Zaoui A.; Hugel J.; Ferhat M.; Carlier E.; Postnikov A.; Robinet J.C.; Shahrour I.
école Université de Lille 1
  
résumé Le travail de cette thèse concerne l’étude des propriétés structurales, mécaniques et vibrationnelles du carbonate de calcium (CaCO3) et de la strontianite (SrCO3). Ces deux roches appartiennent à la famille des carbonates et sont abondamment présentes dans la croûte terrestre. Elles sont soumises à des contraintes géologiques qui les exposent à des pressions qui peuvent atteindre plusieurs gigapascals (GPa). Il est alors intéressant de pouvoir prédire leur comportement dans ces cas extrêmes en étudiant l’évolution de leurs propriétés élastiques en fonction de la pression. Pour réaliser cet objectif on a utilisé la méthode de dynamique moléculaire classique basée sur la connaissance d’un potentiel modèle approprié. Les grandeurs physiques servant à caractériser le comportement de ces deux espèces de roches sont: la vitesse de propagation des ondes élastiques, les modes de vibration des phonons et la variation de l’enthalpie.
Pour CaCO3, les paramètres des potentiels employés, ont permis de calculer les valeurs de l’ensemble des propriétés mécaniques telles que les constantes d’élasticité, le module de rigidité, le module d’Young, le coefficient de Poisson de même que les vitesses d’onde longitudinale et transversales. Les valeurs trouvées sont en bon accord avec les résultats expérimentaux pour les phases aragonite et post aragonite. La variation de l’enthalpie en fonction de la pression a permis de montrer que la phase post aragonite était stable pour des pressions supérieures à 35 GPa. Outre l’enthalpie, la transition de phase aragonite post aragonite, est confirmée par d’autres résultats concordants. Il s’agit de la variation de la vitesse des ondes transversales et de la variation en fréquence du mode acoustique mou. Ce dernier présente un saut en fréquence lorsqu’on se trouve à la pression de transition.
Pour SrCO3 on a du procéder à un calcul d’ajustement des paramètres de potentiels qui ont permis ensuite d’évaluer les grandeurs mécaniques et de prédire la pression de changement de phase selon la même démarche que pour CaCO3.
Nous pourrons ainsi déduire que les transitions de phases d’une roche sont fortement liées aux instabilités structurales et peuvent donc induire des changements dans le comportement élastique.
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