Modélisation 3D de la diffusion atomique dans les minéraux : applications à l'étude des isotopes de l'hydrogène et de l'oxygène, et du couple Al-Si

Abstract

This thesis presents a 3D numerical modelling (finite differences) which can simulate atomic diffusion in single crystals. This new tool allows : to simulate anisotropic diffusion, a large choice of cristal shapes, any initial distribution of concentration, any concentration at surface as a function of time and any temperature change as a function of time.The 3D modelling has been applied to four cases of study : three of them deal with experimental hydrogen diffusion in diopside, lawsonite and tourmaline, the fourth deals with Al-Si and O natural diffusion profiles in diopsides from Adirondacks. These studies illustrate the power of the 3D modelling developped for the description and the interpretation of diffusion profiles. This new tool will be very useful for the interpretation of detailed zonations at grain scale measured by modern analytical techniquesCette thèse présente un modèle numérique 3D par différences finies capable de simuler la diffusion atomique dans les monocristaux. Ce nouvel outil permet : de prendre en compte l'anisotropie de diffusion, de générer un large choix de forme de cristal, de considérer n'importe quelle distribution initiale de concentration, de faire évoluer la concentration de surface en fonction du temps et de choisir, sans restriction, la variation de température en fonction du temps.Le modèle 3D créé a été appliqué à quatre cas d'étude : trois portent sur des expériences de diffusion de l'hydrogène réalisées en laboratoire dans le diopside, la lawsonite et la tourmaline, le quatrième sur des profils de diffusion naturels (Al-Si et O) dans des diopsides des Adirondacks. Ces études illustrent le potentiel du modèle numérique 3D développé pour la description et l'interprétation des profils de diffusion dans les minéraux. Ce nouvel outil sera très utile pour interpréter les zonations de plus en plus fines obtenues à l'échelle du grain à l'aide des techniques analytiques modernes