Description du sujet de thèse

La croûte continentale terrestre se distingue des autres croûtes planétaires par sa composition majoritairement felsique. La présence d’une croûte felsique solide et stable pourrait être considérée comme l’une des conditions physiques reflétant l’existence d’une eau liquide abondante non seulement sur Terre, mais aussi sur d’autres planètes rocheuses. Les modèles actuels prédisent qu'un océan d'eau liquide pourrait être produit à la surface de la planète dans une large gamme de températures de surface planétaire, de composition atmosphérique et de distance au Soleil. Dans ce contexte, le témoin le plus ancien et l'indicateur géochimique des conditions primordiales sont des fragments de cristaux hadéens de zircon trouvés dans des dizaines d'endroits sur Terre. Le zircon est un minéral silicaté qui abrite une pléthore de traceurs élémentaires et isotopiques qui fournissent des contraintes sur la nature des sources de magma parent, les conditions physico-chimiques de cristallisation et les interactions fluide-minéraux post-cristallisation. Ces conditions primordiales auraient pu se produire sur d’autres planètes et exoplanètes. D'anciennes roches felsiques ont également été identifiées sur Mars, indiquant que la formation d'une croûte felsique primordiale s'est produite sur d'autres planètes telluriques, même sans tectonique des plaques ni subduction. Des preuves similaires de la présence de roches felsiques anciennes dans les environnements martien et vénusien sont obtenues par échantillonnage et télédétection à l'aide du spectromètre imageur de reconnaissance compact pour Mars et des données du spectromètre de cartographie dans le proche infrarouge Galileo pour Vénus.

Contexte de travail

Le doctorant développera un modèle numérique tectono-magmatique thermochimique-thermomécanique couplé 2D-3D avec des paramètres physico-chimiques les plus appropriés aux conditions hadéennes précoces. De nouveaux modèles géochimiques de la production de croûte de plagiogranite, mais aussi de nouvelles modélisations thermodynamiques de l'interaction roche fondue basalte(komatiite)-serpentinite seront utilisés pour la modélisation géodynamique 2D et 3D de l'évolution physico-chimique des magmas qui nécessite de sonder des outils numériques avancés capables pour décrire des réactions à petite échelle à l'échelle géodynamique. Des outils numériques sont disponibles grâce à la collaboration. La nouvelle modélisation géodynamique des processus hadéens dans la protocroûte et les interactions croûte-manteau sera basée sur la modélisation thermodynamique des interactions fonte-roche ainsi que sur les données des roches (densité et porosité) comparables à celles des analogues modernes. Les modèles incluent la fusion partielle spontanée, l'extraction et la mise en place de la fonte entraînant une croissance de la croûte, une production de chaleur radiogénique et un recyclage des résidus riches en olivine. Nous utiliserons les codes numériques pétrologiques-thermomécaniques bien établis I2ELVIS/I3ELVIS basés sur des différences finies de grille échelonnées et des techniques de marqueurs dans les cellules, qui ont été précédemment utilisées pour la modélisation des processus géodynamiques archéens, y compris la formation de la croûte felsique. Les codes et les ressources informatiques nécessaires pour réaliser ces simulations seront fournis gratuitement par le collaborateur du projet (Prof. Gerya, ETH Zurich). Le présent projet de thèse est une partie essentielle du projet PLANETAFELSIC financé par l'ERC ADG.

Contraintes et risques

compétences : minéralogie, pétrologie, modélisation thermodynamique, pétrologie expérimentale