Une nouvelle approche expérimentale pour l'étude du CO2 solide sous haute pression
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
CO2 is one of the most studied elements at extreme conditions. Despite its simplicity, at high pressure and high temperature its phase diagram is unusually complex. Above 40 GPa, when molecular solid CO2 submitted to high temperatures, it has revealed the existence of a new class of CO2 solids. These high P-T phases of CO2 have attracted a formidable interest in the recent years, both for their fundamental and geochemical importance. Based on experimental results, polymeric CO2 solids have been reported to have structures similar to the group IV dioxides (SiO2, GeO2, SnO2) with interesting properties like optical nonlinearity and superhardness. Several theoretical investigations devoted to these phases contested the experimental results. Obtaining high quality structural data at the extreme conditions of formation of these phases are indeed experimentally challenging. Huge pressure and temperature gradient inside CO2 sample chamber makes it difficult to produce a pure high pressure phase of CO2 and hence to probe it accurately. To overcome this problem, we did the first experimental studies of the solid phases of CO2 under hydrostatic conditions, using helium or neon as pressure medium. We were able to experimentally solve the structure of polymeric solid CO2-V and study its compressibility. Investigations on phase-II and phase-VI have also been done by using Raman and X-ray diffraction measurements in hydrostatic medium of neon. Our results are in very good agreement with theoretical investigations. The first experimental determination of the binary phase diagrams of CO2-He and CO2-Ne mixtures at high pressure has also been reported in this thesis
Abstract FR:
CO2 est l’un des composés les plus étudiés en conditions extrêmes. Malgré sa simplicité, son diagramme de phase à haute pression et haute température est particulièrement complexe. Une nouvelle classe de phase solide moléculaire de CO2 a notamment été mise en évidence au dessus de 40 GPa à haute température. Ses nouvelles phases de CO2 sous conditions extrêmes ont suscité un intérêt grandissant ces dernières années, d’un point de vue aussi bien fondamental que géochimique. Des résultats expérimentaux semblent montrer que les phases polymériques de CO2 ont des structures similaires au groupe des dioxydes lV (SiO2, GeO2, SnO2) aux propriétés intéressantes comme la non linéarité optique ou de la ultra-haute dureté. Cependant, cette similitude structurale est contestée par de nombreux travaux théoriques. Obtenir des données de haute qualité sur la formation de ses phases sous conditions extrêmes est un véritable défi expérimental. Le grand gradient de pressure et de température à l’intérieur du volume expérimental rend difficile la synthèse du CO2 pur à haute pression ainsi que sa caractérisation. Pour contourner ces difficultés, nous avons effectués les premières études expérimentales des phases solides de CO2 sous pression hydrostatique, en utilisant l’hélium ou le néon comme milieu transmetteur de pression. La structure polymérique du CO2-V solide ainsi que sa compressibilité ont pu être étudié lors de ce travail. Des mesures de diffractions x et de Raman dans les conditions hydrostatiques du néon ont été menées sur la phase ll et la phase Vl. Nos résultats sont en très bon accord avec les résultats théoriques. La première détermination expérimental des diagrammes de phase binaire CO2-He et CO2-Ne sous haute pression est aussi rapporté dans cette thèse