Get started
Work

Effondrement de l'approximation quasi harmonique : conséquences sur le transport thermique dans les conditions extrêmes

Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: La dynamique du réseau et les propriétés vibratoires des matériaux sont généralement bien décrites par un modèle harmonique à des températures basses et modérées, où les phonons sont supposés se comporter de manière indépendante. Toutefois, à des températures élevées, cette hypothèse ne tient plus car les interactions entre les phonons deviennent significatives. La compréhension de ces interactions anharmoniques entre les modes du réseau est cruciale tant pour la recherche fondamentale que pour les applications pratiques, car elles influencent considérablement les propriétés physiques telles que le transport thermique, les propriétés élastiques, la conductivité électrique et la supraconductivité.La conductivité thermique des minéraux constituant les intérieurs planétaires joue un rôle clé dans le contrôle du transfert de chaleur à l'intérieur des planètes, influençant ainsi la dynamique planétaire et l'histoire thermochimique (Samuel et al., 2021). Le flux de chaleur du noyau vers le manteau a un impact direct sur le degré de chauffage basal du manteau, le taux de refroidissement du noyau et la croissance du noyau interne, qui à leur tour affectent la dynamique du noyau externe et la génération et l'évolution du champ magnétique. Ainsi, la compréhension des interactions entre phonons permet de mieux comprendre l'histoire et l'évolution de la Terre..L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement des termes anharmoniques dans les conditions extrêmes de température et de pression du manteau inférieur de la Terre, en se concentrant sur l'oxyde de magnésium (MgO) qui est un membre terminal du ferropericlase (Mg,Fe)O qui constitue 20 % du volume du manteau. Cette étude utilise des méthodes basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en particulier la théorie de la fonctionnelle de la densité perturbative (DFPT) et l'approximation harmonique stochastique auto consistante (SSCHA). Ces méthodologies permettent d'accéder à l'anharmonicité jusqu'au quatrième ordre (interactions à quatre phonons). Les résultats seront comparés aux mesures de diffusion inélastique des rayons X (IXS) et de spectroscopie infrarouge (IR) effectuées dans notre groupe à différentes températures.Ensuite, nous discuterons de la conductivité thermique (CT) obtenue par l'équation de transport de Boltzmann en fonction de la température, en soulignant l'importance de la prise en compte des défauts dans l'analyse de la CT. Nous explorons ensuite les conditions extrêmes du manteau inférieur de la Terre, avec des températures de milliers de kelvins et des pressions à l'échelle du Mbar, pour identifier le comportement de l'anharmonicité dans le MgO dans toute cette région. Notre traitement théorique élucide l'origine microscopique de la chute observée de la conductivité thermique au fond du manteau inférieur, attribuée à l'interaction entre les interactions à trois et quatre phonons, et souligne l'importance de la présence de défauts sur la conductivité thermique du réseau, même dans des conditions extrêmes de température et de pression.
Language: English
Subfield: Geophysics
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7009380286
Cites:
Cited by:
Related to: