– SECHEL

Contexte et objectifs : Dans ce projet, nous cherchons à caractériser l'équation d'état du fer dans des conditions correspondant au noyau terrestre en utilisant les lasers de haute énergie et puissance du LULI. Avec les technologies actuelles, les expériences effectuées avec des enclumes diamants (statiques) ne permettent pas d'obtenir des données pour des températures de plusieurs milliers Kelvin à des pressions supérieures à 200 GPa. La courbe de fusion du fer et de ses alliages qui se situe aux alentours de 300GPa et de 5000K est de ce fait hors d'atteinte par les méthodes statiques. D'un autre côté, les expériences sous choc, dites dynamiques, permettent d'atteindre facilement cette gamme de pressions mais malheureusement pour des températures contraintes à être le long de l'Hugoniot et de l'ordre de 20 000K. Il en résulte que le diagramme de phase du fer pour les conditions rencontrées dans la graine ou à l'interface graine/noyau liquide terrestre n'ont jamais été mesurées directement. Cette incertitude limite sévèrement les modèles actuels du noyau terrestre car l'équation d'état du Fer à haute pression est la contrainte la plus importante pour déterminer sa balance énergétique et chimique. - La découverte prévisible de planètes telluriques en dehors du système solaire dans les décennies à venir rend encore plus pertinente l'exploration du diagramme de phase du fer pour des pressions supérieures à 500 GPa et des températures au dessous de 1eV. - Description du projet: notre projet de recherche porte sur le développement de nouveaux diagnostics pour étudier les propriétés du fer aux hautes pressions, sur le développement de méthodes de compression permettant d'explorer de nouvelles régions du diagramme de phase ainsi que d'utiliser des outils théoriques pour caractériser les propriétés de cet élément soumis a des conditions extrêmes de densité et température. Ceci va demander la mise en place d'une nouvelle méthode de compression dite quasi-isentropique ainsi que des diagnostics basés sur des rayons X très durs (>40keV) ou des protons à hautes énergies (>80MeV). Ces nouvelles techniques expérimentales sont basées sur l'utilisation des lasers de haute énergie à impulsion longue couplés avec un laser à haute intensité en impulsion courte. Des projets ambitieux de ce type sont maintenant mis en place sur le plan international (USA, Japon, Royaume-Uni). Au cours des prochaines années, et pour la durée de ce projet, le laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (LULI) va cependant être la seule structure où ces deux types de lasers pourront être couplés. Alors que la compétition internationale dans ce domaine est forte, nous pensons que notre équipe est dans une position unique pour avoir une contribution importante sur ce sujet à haute visibilité. - Ce projet sera effectué par quatre équipes du LULI, CEA, LCD et IPGP qui sont chacune reconnues sur le plan international dans leur domaine, et dont l'expertise est complémentaire pour mener ce projet à bien. L'équipe du LULI sera principalement en charge de la partie expérimentale du projet sur la compression isentropique, la mise au point des diagnostics X ainsi que de l'assemblage des mesures X avec la mise sous compression de la cible. Durant ces dernières années, l'équipe du CEA a mis au point des outils de simulations numériques uniques qui permettront de caractériser le fer pour les conditions obtenues par l'expérience et pour l'analyse de cette dernière. L'équipe du LCD est spécialisée dans l'utilisation des lasers intenses pour l'étude des changements de phase solide-solide sous compression dynamique. L'équipe de l'IPGP est spécialisée dans la géophysique expérimentale et dans l'utilisation de la diffraction X pour caractériser les phases solides de matériaux d'intérêts géologiques. - Résultats prévus: dans ce projet, nous pensons d'une part obtenir des mesures d'équation d'état du fer dans une région du diagramme de phases directement pertinente pour la géoph