Projet ANR-14-CE33-0017 – VOLTERRE : Contraintes Expérimentales sur l'Origine des Eléments Volatiles sur Terre
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Julien Siebert (Institut de Physique du Globe de Paris)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 289952.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Les éléments volatils (e.g. H, C, S) jouent un rôle fondamental sur l’évolution des planètes. Mais quand et comment le budget des éléments volatils s'est établi et les mécanismes qui expliquent leurs appauvrissements restent méconnus et représentent un obstacle fondamental pour la compréhension des processus chimiques liés à la formation des planètes terrestres. Deux théories s’affrontent. Soit la terre s’est accrétée avec des matériaux ‘secs’ totalement appauvris en volatils. Dans ce cas, le complément en éléments volatils s' est ajouté tardivement, une fois la Terre différenciée en un noyau et un manteau, avec l’apport d’un vernis tardif. Soit la Terre s’est formée à partir de matériaux ‘humides’ et les éléments volatils étaient présents durant les principaux épisodes d’accrétion et de différenciation de la Terre. L’empreinte de la formation du noyau sur la géochimie des éléments à la fois sidérophiles et volatils peut permettre de discriminer entre ces deux scénarios contradictoires. Dans ce projet de recherche, des expériences à haute pression et haute température qui reproduisent les conditions de formation du noyau terrestre vont être conduites. Les signatures géochimiques de trois éléments volatils et sidérophiles le soufre, le sélénium et le tellurium obtenues à partir des équilibres métal-silicate de ces expériences vont apporter des contraintes nouvelles sur l’origine des volatils sur Terre. Une approche expérimentale originale et novatrice combinant des expériences à haute pression et haute température et des analyses de hautes résolutions sur nos échantillons trempés sera développée. Les objectifs de ce projet de recherche se divisent en trois points principaux : (1) La détermination des partages métal-silicate du S, Se, et Te aux conditions directes de la formation du noyau dans un océan magmatique profond. Les résultats permettront de comprendre si les abondances de ces éléments volatils dans le manteau peuvent être expliquées par des modèles de différenciation de la Terre impliquant des équilibres métal-silicate. On pourra donc évaluer à partir de ces résultats si l’apport tardif de météorites après la formation du noyau est nécessaire pour expliquer les concentrations de ces éléments dans le manteau. (2) La détermination du fractionnement isotopique du soufre entre métal et silicate à haute pression et haute température. Les résultats peuvent prouver que la différenciation noyau-manteau peut générer le rapport non chondritique de 34S/32S du manteau observé récemment. Ces données doivent apporter des contraintes nouvelles et indépendantes sur la composition en soufre du noyau et l’histoire de l’accrétion des volatils sur Terre. (3) La détermination de la spéciation du soufre dans des alliages (Fe, S) à haute pression et haute température. Les résultats doivent mettre en évidence un mécanisme qui explique comment obtenir un rapport de 34S/32S pour le noyau supérieur à celui des chondrites. Les méthodes expérimentales développées placent ce projet à l’interface entre la pétrologie expérimentale, la géochimie des isotopes stables et la minéralogie, un espace scientifique qui se situe parmi les nouveaux grands objectifs de recherche de l’Institut de Physique du Globe de Paris.