Description des expériences

Les expériences de cristallisation d'un liquide ultracalcique alcalin d'arc hydraté (CaNe+2,5 + 2,5 % H2O, série bth) ont été réalisées dans des capsules Au50Pd50, en utilisant deux configurations expérimentales différentes : pour les premières expériences (ex. bth01), les capsules sont entourées d'un cylindre de pyrophyllite d'environ 100 mg (fig. 3.4b), pour les dernières expériences (bth16) les capsules sont uniquement entourées de MgO. Je décrirai dans la suite les expériences bth01 et bth16, qui sont des expériences superliquidus ; les mêmes observations peuvent cependant être réalisées sur les autres expériences.

Figure 3.4. Utilisation de pyrophyllite dans les expériences hydratées. (a) piston-cylindre 19,1 mm et capsules AuPd (b) piston-cylindre 19,1 mm et capsules Pt / graphite (c) piston-cylindre 12,7 mm et capsules Pt / graphite.

En l'absence de pyrophyllite (bth16) et pour des durées expérimentales courtes (30 min), le verre obtenu est homogène et renferme environ 2,3 % d'eau (tableau 3.1) pour une teneur nominale de 2,5 %. Au vu des incertitudes sur la détermination des teneurs en eau à la microsonde électronique, les pertes peuvent être considérées comme nulles. Aucune perte de fer n'est observée, la teneur en fer est identique à celle du matériau de départ. Pour des

5 mm MgO

Pyrophyllite

Al2O3

3.3. Description des expériences 118

expériences hydratées de très courte durée (par exemple des expériences très riches en liquide rapidement équilibrées), l'utilisation de capsules AuPd non-présaturées en Fe est donc une bonne solution.

En présence de pyrophyllite (expérience bth01), la teneur en eau semble légèrement plus élevée (3,0 % H2O, tableau 3.1). Pour cette série d'expériences, les sommes des oxydes des verres analysés à la microsonde électronique sont systématiquement plus basses que dans le cas des expériences sans pyrophyllite. Les pertes de fer sont dramatiques, au bout d'une heure elles sont comprises entre 50 et 60 % du fer initial. Il semble peu probable que les différences entre les deux séries soient liées à la durée (1 heure au lieu de 30 minutes), et l'explication la plus raisonnable est liée à la f . En effet, les pertes de fer à partir de capsules _O2

AuPd sont très dépendantes de la

2

O

f (§ 2.3.3.1). Dans cette série d'expériences, la quantité

de pyrophyllite est importante par rapport aux dimensions de la capsule. L'assemblage piston-cylindre étant un milieu réducteur, l'eau peut facilement être décomposée en H2 + O2, l'hydrogène diffuse vers l'intérieur de la capsule, et diminue la

2

O

f selon les réactions :

Fe2O3(liquide) + H2(gaz) = 2 FeO + H2O

2 FeO (liquide) + H2(gaz) = 2Fe (métal) + H2O

La faible fugacité d'oxygène favorise les pertes en fer et la teneur en eau à l'intérieur de la capsule augmente. L'observation post-expérience de l'entourage de la capsule montre que le verre (ou composé cryptocristallin) formé à partir de la pyrophyllite est homogène et hydraté loin de la capsule (somme des oxydes faibles) et renferme des cristaux de corindon à proximité de la capsule, probablement par suite de la diminution de la teneur en eau.

L'utilisation de composés hydratés (pyrophyllite, talc) pour réduire les pertes en eau à partir de capsules AuPd est donc à déconseiller dans le cas de liquides basaltiques (les liquides utilisés par Freda et al. (2001) étaient rhyolitiques et très pauvres en fer) à moins de connaître exactement la quantité nécessaire pour assurer un équilibre parfait en terme de fugacité d'hydrogène entre l'intérieur et l'extérieur de la capsule ou d'utiliser des matériaux de départ très oxydés.

3.3. Description des expériences 119

3.3.2. Expériences en capsules Pt/graphite (séries akh et wh)

Trois appareils différents ont été utilisés pour réaliser des expériences en capsules Pt / graphite : autoclave, piston-cylindre 19,1 mm, piston-cylindre 12,7 mm. La figure 3.5 montre l'évolution des teneurs en eau en fonction du temps pour les expériences réalisées en piston-cylindre 12,7 mm, avec des capsules de diamètre externe 3 mm, pour une teneur en eau initiale de 1% en masse et des températures comprises entre 1250 et 1350 °C. Dans un assemblage en MgO, les pertes en eau sont importantes ; les plus grosses pertes sont enregistrées dans les premières heures et les expériences deviennent quasiment anhydres au-delà d'environ 50 heures. En utilisant un assemblage en pyrophyllite (fig. 3.4c), soit environ 100 – 200 mg de pyrophyllite entourant la capsule, les pertes sont fortement réduites et ne dépassent pas 20-25% (ce qui reste dans la précision analytique des estimations des teneurs en eau à la microsonde électronique). Il est hors du sujet de cette thèse de discuter en détail des pertes d'eau, cependant quelques informations peuvent être tirées de ces expériences :

¾ les pertes dépendent de la teneur en eau : une expérience contenant 2,5 % H2O (akh21) montre des pertes en eau de 70% au bout de 3-4 heures avec un remplissage MgO alors qu'en 6 heures, les pertes en eau d'expériences contenant 1% d'eau sont de 30-40 %, pour des températures proches de 1300°C. Un gain en eau peut par contre être observé dans les expériences nominalement anhydres (Laporte et al. 2004).

¾ les pertes en eau sont beaucoup plus importantes à basse pression (0,5 GPa), probablement à cause de la diminution de solubilité de l'eau, ou peut-être d'un comportement différent de l'assemblage piston-cylindre. La présence de pyrophyllite ne suffit pas à réduire les pertes de façon significative à 0,5 GPa.

Figure 3.5. Pertes en eau dans les assemblages piston-cylindre, en fonction du temps. Les losanges représentent les expériences en piston-cylindre 12,7 mm à 1,0 GPa, avec un assemblage en MgO (symboles pleins) ou en pyrophyllite (symbole vide). Les triangles vides représentent les expériences en piston-cylindre 19,1 mm à 0,5 GPa. Les teneurs totales en eau sont calculées à partir des teneurs en eau des liquides (tableau 3.1) et du taux de fusion déterminé par bilan de masse. 0 20 40 60 80 100 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 durée (h) pe rte s d'e au (e n %) MgO Pyrophyllite 1,0 GPa 0,5 GPa Pyrophyllite

3.4. Fluides dans les capsules graphite – teneur en CO2 des verres 120