CE31 - Physique Subatomique, Sciences de l'Univers, Structure et Histoire de la Terre

Les constituants volatils dans les processus magmatiques du noyau aux atmosphères – GASTON

Résumé de soumission

Comment rendre une planète habitable ? Voici une question à la croisée des interrogations scientifiques et du grand public qui relie les domaines des sciences géologiques, biologique et astrophysiques. En plus du critère classique de la stabilité de l’eau liquide, l’exploration spatiale nous montre que la disponibilité des éléments « volatils » (C-O-H-S-N), qui régulent les processus climatiques et biogéochmiques, est indispensable pour rendre une planète habitable. Les données isotopiques suggèrent que ces éléments ont été délivrés sur Terre lors de la phase primordiale dites d’accrétion planétaire. Nous pouvons postuler qu’il en est, au moins en partie, de même pour les autres corps planétaires. Les éléments (C-O-H-S-N) ont donc subi les différents stages de différenciation planétaire, correspondant chacun à des évènements magmatiques listés ici par ordre chronologique: le stade océan magmatique donnant lieu à la formation du noyau et du manteau terrestre ; la convection du manteau solide donnant lieu à la fusion partielle et la formation des croutes ; le dégazage magmatique donnant lieu à la formation des atmosphères et surfaces planétaires.
GASTON regroupe un consortium de chercheurs de laboratoire Français, travaillant de longue date sur les volatils magmatiques, pour élucider le devenir des éléments (C-O-H-S-N) au cours des évènements magmatiques marquant la différenciation planétaire. Comment les éléments (C-O-H-S-N) se partagent pendant l’équilibration noyau-manteau, pendant la fusion du manteau ou pendant le dégazage magmatique, et quelle serait l’empreinte géochimique de ces processus, constituent l’ensemble des inconnus sur lesquels GASTON concentrera ses efforts pour 4 ans.
Le consortium GASTON propose donc de mutualiser ses connaissances et ses équipements expérimentaux et analytiques unique en France pour produire : des échantillons à partir d’expériences technologiquement avancées conduites dans un espace de (haute)pression-température-conditions méconnu ; des analyses de ces échantillons à l’aide d’équipements haute résolution et forte sensibilité particulièrement adaptés à l’analyse d’éléments légers ; des expériences in-situ (moyenne pression & température) permettant d’élucider la spéciation des volatils et le dégazage magmatique de manière nouvelle. Ces mesures constituent un réel défi scientifique, mais des travaux préliminaires du consortium garantissent la faisabilité, et des solutions expérimentales de remplies sont envisagées en cas de difficultés majeures sans fragiliser le projet.
Le futur jeu de données ainsi que les données de la littérature, seront assimilés dans un vaste modèle thermodynamique reliant spéciation et solubilité des éléments C-O-H-S-N dans un liquide basaltique. Ceci sera opéré dans un formalisme novateur propageant les incertitudes des données expérimentales dans les résultats du modèle. A terme, ce modèle deviendra l’outil permettant la simulation des transferts de volatils par le pipeline magmatique, cad. les processus reliant la dissolution des volatiles dans le magma profond et leur libération dans l’atmosphère.
Par construction, GASTON reliera le comportement géochimique des éléments C-O-H-S-N, par ex. volatils, lithophile, magmatophile, chalcophile ou siderophile, aux conditions de pression-température-d’oxydoréduction du pipeline magmatique. La garantie de réussite de cette objectif de modélisation réside dans la stratégie : relier la spéciation redox dans le liquide silicaté à le partage des éléments C-O-H-S-N entre fluide/liquide magmatique/liquide métallique.
Au final, GASTON donnera une définition magmatique du concept d’habitabilité planétaire en reliant deux domaines de recherches majeures : la géochimie de l’intérieur de la Terre et des autres planètes au concept de monde habitable.

Coordinateur du projet

Institut des sciences de la Terre d'Orléans (Laboratoire public)

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Partenaire

Institut des sciences de la Terre d'Orléans
Centre de recherches pétrographiques et géochimiques
LABORATOIRE MAGMAS ET VOLCANS
Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie

Aide de l'ANR 459 095 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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