Rôle des éléments alcalins et de l'eau sur les propriétés et la structure des aluminosilicates fondus et vitreux : implications volcanologiques
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis proposes a study of the role of alkali elements and water on the structure and properties of aluminosilicates melts and glasses. Those compositions are important for the earth sciences field, and also for the glass-making and ceramic industries. Obtained results show that the viscosity of alkali aluminosilicate melts depends strongly on the M alkali element residing in the network and on the M/A1 and the Si/Al ratios. The glassstructure changes depending on the M cation. The K+ and Na+ ions, presenting different ionic radii, do not mix randomly in tectosilicates glasses and melts. The potassium could be present in percolation channels or clusters in those compositions. This induces strong variations of their rheological properties depending on the sodium/potassium ratio. We implemented a Raman spectroscopy - based protocol allowing measuring the speciation and the concentration of water in aluminosilicate glasses and melts, regardless of their chemical composition. Obtained results confirm that water have an amphoteric behavior in silicate and aluminosilicates glasses and melts. The application of this new method, in conjunction with the implementation of ad hoc viscosity models of magmas and with the use of geochemistry and geological data, allows us to retrieve pieces of information about the mechanisms controlling the eruptive behavior of volcanoes. This approaeh have allowed us to better characterized the fragmentation processes that occurred during the 3. 1 Ma and 79 AD eruptions of Mont Dore (France) and the Vesuvius (Italy) respectively, and also to bring some pieces of information about the convection process of the Erebus (Antarctica) lava lake.
Abstract FR:
Cette thèse a pour objet l'étude du rôle des éléments alcalins et de l'eau sur les propriétés et la structure des aluminosilicates vitreux et fondus. Ces compositions sont importantes pour les sciences de la Terre et pour l'industrie des verres, vitrocéramiques et céramiques. Les résultats obtenus montrent que la viscosité des aluminosilicates fondus est fortement dépendante de l'élément alcalin M présent dans le réseau, du rapport M/A1 et du rapport Si/Al. La structure du réseau vitreux change en fonction du cation M. Les ions K+ et Na+, ayant des coordinences différentes, ne se mélangent pas aléatoirement dans les tectosilicates vitreux et fondus, induisant de fortes variations de leurs propriétés rhéologiques. De plus, dans les aluminosilicates vitreux ou fondus le potassium pourrait être présent dans des chenaux ou clusters. Nous avons mis en place un protocole, basé sur la spectroscopie Raman, permettant de mesurer la concentration et la spéciation de l'eau dissoute dans un aluminosilicate vitreux ou fondu, quelle que soit sa composition chimique. Les résultats obtenus confirment le caractère amphotérique de l'eau dissoute dans les aluminosilicates vitreux et fondus. En combinaison avec la mise en place de modèles ad hoc de viscosité des magmas et avec l'utilisation d'autres informations géochimiques et géologiques, l'application de cette technique à l'étude de ponces volcaniques permet d'apporter des informations quant aux mécanismes intervenant lors des éruptions volcaniques. Cette approche globale nous a permis de mieux caractériser les éruptions de 3. 1 Ma du Mont Dore (France) et de 79 AD du Vésuve (Italie), et celle actuelle de l'Erebus (Antarctique).