Cycle profond de l'eau dans les planètes telluriques // The deep water cycle on terrestrial planets

La coexistence d'océans et de continents est idéale pour le développement de la vie. Mais cet équilibre est précaire sachant que l'eau libre à la surface est impliquée dans un cycle interne avec l'eau liée aux minéraux dans le manteau. Avec une capacité de stockage équivalente à plusieurs océans, les propriétés du manteau exercent un contrôle fort sur le volume des océans au cours de l'histoire de notre planète. La situation qui prévaut dépend de la quantité totale d'eau piégée dans le manteau primitif, qui résulte elle-même de nombreux phénomènes complexes qui ont dominés l'histoire précoce de la Terre [1-4].
Ce projet propose une approche alternative à la question de la quantité d'eau 'piégée' par la Terre lors de son accrétion. L'objectif est de déterminer la solubilité maximale en eau des minéraux du manteau très profond. Cette solubilité détermine les conditions de fusion du manteau par déshydratation. Nous étudierons le comportement de l'eau lorsque les minéraux sont emportés par les mouvements de convection du manteau, et donc les couplages entre la dynamique interne et le cycle global de l'eau [5]. Avec cette stratégie, nous pourrons quantifier la quantité totale d'eau 'sur Terre' aujourd'hui.
Nous utiliserons la cellule diamant couplée au chauffage laser pour reproduire les conditions internes jusqu'au noyau [6]. La microstructure et la teneur en eau des minéraux seront caractérisées grâce aux méthodes analytiques les plus avancées [7]. Nous apporterons des contraintes nouvelles à la capacité de rétention d'eau par le manteau des planètes telluriques, en fonction de leur histoire dynamique. La définition de lois de comportement pourra ouvrir des discussions nouvelles sur l'eau à l'intérieur de Vénus et d'une variété d'exoplanètes.

Reférences citées:
[1] Wang et al. Icarus 299, 460, (2018)
[2] Marty. Earth Planet. Sci. Lett. 313, 56, (2012)
[3] Albarède. Nature 461, 1227, (2009)
[4] Piani et al. Science 369, 1110, (2020)
[5] Andrault & Bolfan-Casanova. Phys. Earth Planet. Inter. 322, 106815, (2022)
[6] Pierru et al. Earth Planet. Sci. Lett. 595, 117770, (2022)
[7] Nabiei et al. Geophys. Res. Lett. 48, e2021GL092446, (2021)
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The coexistence of oceans and continents is ideal for the development of life at the Earth's surface. However, this balance is precarious, given that the internal water cycle links surface-water with water bound to mantle minerals. With a storage capacity equivalent to several oceans, the properties of the mantle exert a strong control over the volume of the oceans over the course of our planet's history. The prevailing situation depends primarily on the total amount of water found in the mantle, which in turn is the result of many complex phenomena that dominated the Earth's early history 1-4.
This project proposes an alternative approach to the question of how much water the Earth 'trapped' during accretion. The aim is to determine the maximum water solubility of minerals in the very deep mantle. This solubility determines the conditions for mantle melting by dehydration. We will study the behavior of water when minerals are carried away by mantle convection movements, and thus the couplings between internal dynamics and the global water cycle 5. With this strategy, we will be able to quantify the total amount of water 'on Earth' today.
We will use the diamond anvil cell coupled with laser heating to reproduce internal conditions down to the core-mantle boundary 6. The microstructure and water content of minerals will be characterized using the most advanced analytical methods 7. We will provide new constraints on the water storage capacity of the mantle of telluric planets. Improved understanding on the water behavior in the planet interior should open new discussions on water content in the interior of Venus and a variety of exoplanets.

References cited:
[1] Wang et al. Icarus 299, 460, (2018)
[2] Marty. Earth Planet. Sci. Lett. 313, 56, (2012)
[3] Albarède. Nature 461, 1227, (2009)
[4] Piani et al. Science 369, 1110, (2020)
[5] Andrault & Bolfan-Casanova. Phys. Earth Planet. Inter. 322, 106815, (2022)
[6] Pierru et al. Earth Planet. Sci. Lett. 595, 117770, (2022)
[7] Nabiei et al. Geophys. Res. Lett. 48, e2021GL092446, (2021)
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Début de la thèse : 01/10/2025

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

Certaines des compétences suivantes sont demandées: - Connaissance des minéraux terrestres et de l'intérieur des planètes telluriques - Expérience en expérimentation à hautes pressions et températures - Notions de base en physicochimie des matériaux et en thermodynamique - Expérience dans l'analyse de matériaux à l'échelle du micron (microscopie et spectroscopie)
Some of the following skills are required: - Knowledge of terrestrial minerals and planetary interiors - Experience in high-pressure and high-temperature experiments - Basic knowledge of materials physics and thermodynamics - Experience in materials analysis at the micron scale (microscopy and spectroscopy)