{"id":8763,"date":"2022-10-11T15:44:27","date_gmt":"2022-10-11T13:44:27","guid":{"rendered":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=8763"},"modified":"2023-05-24T09:46:07","modified_gmt":"2023-05-24T07:46:07","slug":"experiences-a-haute-pression-visite-de-laboratoires-avec-le-prof-lukas-baumgartner","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2022\/10\/experiences-a-haute-pression-visite-de-laboratoires-avec-le-prof-lukas-baumgartner\/","title":{"rendered":"Exp\u00e9riences \u00e0 haute pression\u00a0: visite de laboratoires avec le Prof. Lukas Baumgartner"},"content":{"rendered":"\n

Lukas Baumgartner<\/a> nous fait partager une journ\u00e9e typique. \u00c0 ses c\u00f4t\u00e9s, nous d\u00e9ambulons d\u2019un laboratoire \u00e0 l\u2019autre. Au programme : des lancements de mesures entrecoup\u00e9es par d\u2019intenses discussions d\u2019\u00e9quipe.<\/strong><\/p>\n\n\n

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Face \u00e0 trois \u00e9crans, concentr\u00e9 sur les r\u00e9glages complexes de la Microsonde \u00e9lectronique<\/a>, Lukas Baumgartner de l’Institut des sciences de la Terre s\u2019appr\u00eate \u00e0 faire parler des pierres de tonalite (granito\u00efde), extraites d\u2019un site italien qu\u2019il \u00e9tudie depuis sa th\u00e8se.<\/p>\n\n\n\n

Des corps mouvants qui racontent l\u2019histoire de la Terre<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Lukas Baumgartner veut tout savoir de la composition chimique de ces tonalites et des roches encaissantes \u2013 des s\u00e9diments m\u00e9tamorphiques. Mais pour comprendre sa d\u00e9marche, il faut d\u2019abord revenir en arri\u00e8re. Longtemps en arri\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

La Terre s\u2019est form\u00e9e apr\u00e8s le Bigbang, par accr\u00e9tion, constituant petit \u00e0 petit un c\u0153ur, qui attire les \u00e9l\u00e9ments les plus lourds, un manteau visqueux et une cro\u00fbte qui se durcit en refroidissant. C\u2019est ainsi qu\u2019\u00e0 Lausanne, nous marchons sur une cro\u00fbte d\u2019\u00e0 peu pr\u00e8s 30 km d\u2019\u00e9paisseur qui \u00ab flotte \u00bb sur le manteau. Le flux des roches entre cro\u00fbte et manteau les am\u00e8ne \u00e0 entrer en collision, \u00e0 s\u2019\u00e9carter, \u00e0 plonger\u2026 Ces mouvements g\u00e9ologiques ont des cons\u00e9quences sur la composition des roches, mais aussi des cons\u00e9quences plus globales. La formation des Alpes, par exemple, en est une. Les variations du CO2<\/sub> dans l\u2019atmosph\u00e8re d\u00e9coulent aussi de ces ph\u00e9nom\u00e8nes, ce qui n\u2019est pas sans importance en ces temps de r\u00e9chauffement climatique !<\/p>\n\n\n\n

\u00ab J\u2019\u00e9tudie une partie de ces m\u00e9canismes, une toute petite partie ! \u00bb<\/em><\/p>Lukas Baumgertner<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

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En profondeur, les roches subissent des pressions impressionnantes. Le tunnel du Gothard, sous 3 km de roche, subit d\u00e9j\u00e0 une pression de 1000 bars. Les roches sont solides, mais elles bougent doucement, inexorablement. \u00ab \u00c0 long terme, sans surveillance, un tunnel finit forc\u00e9ment \u00e9cras\u00e9 \u00bb. (\u00a9 Tringo<\/a> | Dreamstime.com<\/a>)

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De grandes questions dans un laboratoire \u00e0 taille humaine<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Pour comprendre <\/em>ces flux de roches plutoniques sous nos pieds, leurs cons\u00e9quences thermiques et la dur\u00e9e de vie des \u00ab anomalies thermiques \u00bb li\u00e9es au magma, diff\u00e9rentes m\u00e9thodes s\u2019offrent aux g\u00e9ologues. Le forage en est une, mais les temp\u00e9ratures et pressions sont telles en profondeur qu\u2019on ne va gu\u00e8re au-del\u00e0 de 10 km. L\u2019autre solution, c\u2019est ce que Lukas Baumgartner met en \u0153uvre ici : \u00e9tudier les roches accessibles \u00e0 la surface et retracer leur histoire gr\u00e2ce \u00e0 leur composition chimique. En parall\u00e8le, il soumet des min\u00e9raux \u00e0 de hautes pressions et temp\u00e9ratures, et compare les cons\u00e9quences de ces exp\u00e9riences \u00e0 ce qu\u2019on observe dans la nature. Finalement, les lois physiques \u2013 comme la diffusion de chaleur dans les roches, ou la diffusion des \u00e9l\u00e9ments dans des min\u00e9raux comme le grenat \u2013  nous permettent de remonter la chronologie des ph\u00e9nom\u00e8nes g\u00e9ologiques, tels que les \u00e9v\u00e9nements ign\u00e9s et m\u00e9tamorphiques courts.<\/p>\n\n\n\n

Pratiquement, la Microsonde \u00e9lectronique<\/em> envoie des \u00e9lectrons sur la lame (photo ci-dessous) et mesure les rayons X \u00e9mis, caract\u00e9ristiques pour chaque \u00e9l\u00e9ment. Des analyses chimiques quantitatives \u00e0 haute r\u00e9solution spatiale en r\u00e9sultent. Pour ces machines d\u00e9licates, un soutien technique qualifi\u00e9 est crucial. En l\u2019occurrence, le chercheur Martin Robyr<\/a> est toujours l\u00e0 en cas de probl\u00e8me.<\/p>\n\n\n\n

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Les roches pr\u00e9lev\u00e9es doivent passer par la d\u00e9coupe puis au Laboratoire des lames minces<\/a> avant d\u2019\u00eatre analys\u00e9es \u00e0 la microsonde. On s\u2019attaque tout d\u2019abord \u00e0 la coupe de la roche brute ou d\u00e9grossie [en haut \u00e0 gauche]. Une petite scie avec un fil de diamant permet ensuite les coupes les plus pr\u00e9cises [\u00e0 droite]. Enfin, les roches coup\u00e9es en fines couches de 30 microm\u00e8tres (\u00b5m) d\u2019\u00e9paisseur sont plac\u00e9es sur des lames. (\u00a9 N. Bourquin)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Voil\u00e0, les mesures sont lanc\u00e9es sur la microsonde. En attendant les r\u00e9sultats, Lukas encha\u00eene sur un projet parall\u00e8le. Cette fois, il s\u2019agit de foraminif\u00e8res et de l\u2019histoire du climat.<\/p>\n\n\n\n

Le changement climatique : une question vieille comme la Terre<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Alors que l\u2019on sp\u00e9cule sur l\u2019intensit\u00e9 du changement climatique \u00e0 venir, les temp\u00e9ratures qu\u2019a connues de la Terre dans le pass\u00e9 font \u00e9galement d\u00e9bat. Notre fen\u00eatre d\u2019observation des temp\u00e9ratures de la Terre, nos archives, <\/em>ce sont notamment les foraminif\u00e8res. La composition isotopique de ces animaux marins fossilis\u00e9s microscopiques est en effet utilis\u00e9e pour retracer la temp\u00e9rature qui r\u00e9gnait de leur vivant. Mais aujourd\u2019hui, les scientifiques se demandent si ces mesures isotopiques ne seraient pas aussi alt\u00e9r\u00e9es par les conditions subies apr\u00e8s<\/em> la mort des foraminif\u00e8res. Au cours d\u2019un projet avec le Prof. Anders Meibom<\/a> et ses coll\u00e8gues, Lukas Baumgartner s\u2019est ainsi lanc\u00e9 dans l\u2019analyse de la fiabilit\u00e9 des r\u00e9sultats isotopiques. Avec elle, c\u2019est toute notre vision de l\u2019histoire de la Terre qui pourrait \u00eatre chamboul\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

De toute \u00e9vidence, une fois encore, pratiquer une exp\u00e9rience grandeur nature et observer les transformations des foraminif\u00e8res sur plusieurs millions d\u2019ann\u00e9es est irr\u00e9alisable. Comme alternative, pourquoi ne pas faire subir aux foraminif\u00e8res des temp\u00e9ratures et des pressions tr\u00e8s fortes, mais pendant un temps moins long ? Une exp\u00e9rience qui se d\u00e9roule en somme dans un temps de chercheur, pas celui de foraminif\u00e8res fossiles. Ensuite, il s\u2019agit d\u2019examiner les effets sur leur composition ; puis, d\u2019extrapoler sur plusieurs milliers d\u2019ann\u00e9es ce qu\u2019on observe en quelques heures. Cela fonctionne, car la loi de diffusion \u2013 qui d\u00e9crit le changement de composition isotopique en fonction du temps \u2013 est proportionnelle \u00e0 la temp\u00e9rature et la pression.<\/p>\n\n\n\n

La clef de l\u2019\u00e9nigme dans le cristal<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Les foraminif\u00e8res sont notamment constitu\u00e9s d\u2019une accumulation de cristaux de calcite \u00e0 une \u00e9chelle nanom\u00e9trique. Pour \u00e9lucider l\u2019\u00e2ge des foraminif\u00e8res, on peut donc aussi interroger un cristal calcite (photo ci-dessous) de la m\u00eame composition qu\u2019eux. C\u2019est ce dont Lukas Baumgartner et ses coll\u00e8gues discutent autour d\u2019un caf\u00e9. L\u2019\u00e9quipe se demande quelles mesures de diffusion r\u00e9aliser sur le cristal : selon quel angle ? Comment couper le cristal ? Et avec quelle pr\u00e9cision ? Chacun de ces d\u00e9tails compte. Et la d\u00e9cision se fonde sur la litt\u00e9rature et les moyens techniques disponibles\u2026<\/p>\n\n\n\n

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(\u00a9 N. Bourquin)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Attention, fourneaux br\u00fblants<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Comment manipuler des temp\u00e9ratures et des pressions si fortes ? Le Laboratoire hydrothermal<\/a> <\/em>permet d\u2019atteindre 2000 bars \u2013 la pression subie par les roches \u00e0 7 km sous la surface \u2013 et 800 \u00b0C ! Pour r\u00e9sister aux pressions les plus grandes, on utilise des tubes \u2013 appel\u00e9s bombes \u2013 de stellite, qui r\u00e9sistent \u00e0 l\u2019explosion jusqu\u2019\u00e0 des temp\u00e9ratures de 850 \u00b0C sous pression. Un de ces tubes, bris\u00e9, est pos\u00e9 en \u00e9vidence \u00e0 c\u00f4t\u00e9 de l\u2019installation : il rappelle aux exp\u00e9rimentateur\u00b7trices que les manipulations \u00e0 ces niveaux de pression et de temp\u00e9rature sont \u00e9minemment dangereuses et que le nom de ces tubes ne doit rien au hasard ! Ces tubes sont cens\u00e9s \u00eatre quasi incassables, mais celui-ci a violemment explos\u00e9 en refroidissant trop vite au contact de l\u2019eau\u2026<\/p>\n\n\n\n

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(\u00a9 N. Bourquin)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Dans les fours, les \u00e9chantillons \u00e0 \u00e9tudier peuvent \u00e9galement \u00eatre plac\u00e9s dans des mini-tubes d\u2019or ou de platine : ces m\u00e9taux r\u00e9agissent peu et r\u00e9sistent \u00e0 des temp\u00e9ratures allant jusqu\u2019\u00e0 1560 \u00b0C. <\/p>\n\n\n\n

Dans ce laboratoire, on peut aussi \u00e9tudier la composition des min\u00e9raux et la r\u00e9action de l\u2019eau port\u00e9e \u00e0 tr\u00e8s haute temp\u00e9rature, afin de reconstituer les conditions de pression et de temp\u00e9rature subies par les roches m\u00e9tamorphiques. La composition des fluides est par exemple essentielle pour comprendre les interactions fluides-roches dans les syst\u00e8mes g\u00e9othermiques. La vitesse de diffusion des \u00e9l\u00e9ments est \u00e9galement d\u00e9termin\u00e9e ici : elle permet d\u2019\u00e9valuer les temp\u00e9ratures et pressions critiques (dites constantes critiques), qui donnent une id\u00e9e de la dur\u00e9e de stabilit\u00e9 des min\u00e9raux en fonction des conditions qu\u2019ils traversent.<\/p>\n\n\n\n

La visite s\u2019arr\u00eate ici, et pour connaitre la suite, ou pour en savoir plus, suivez les r\u00e9sultats de l\u2019\u00e9quipe !<\/p>\n\n\n\n

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Pour en savoir plus<\/h4>\n\n\n\n