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Ce manuscrit présente une étude expérimentale de la diffusion de l’hydrogène (H) dans la wadsleyite à basses températures et pression ambiante et une analyse par spectroscopie infrarouge des défauts OH de la wadsleyite et de la ringwoodite, les constituants majeurs de la zone de transition du manteau (ZT ; entre 410 et 670 km de profondeur). Après synthèses des échantillons par presse multi-enclume, des expériences d’échange isotopique hydrogène-deutérium (H-D) entre 450 et 300°C et à pression ambiante permettent de suivre l’évolution des concentrations en défauts OH dans la wadsleyite polycristalline par spectrométrie infrarouge en fonction du temps de recuit. Ces expériences montrent 2 cinétiques d’extraction clairement distinctes avec 6 bandes OH plus lentes. Des mesures sur monocristaux en polarisation et d’autres entre -194 et 50°C tendent à les lier à des défauts impliquant des sites tétraédriques. Des différentes mesures du coefficient de diffusion d’échange H-D, nous tirons 2 lois logDH=-6.04(±1.49)-153(±11)/RTln(10) pour la limite basse et logDH=-4.26(±1.36)-164(±10)/RTln(10) pour la limite haute. Selon les modèles de conductivité électrique terrestre, en supposant celle-ci comme étant la résultante de la mobilité de H+ uniquement, ces lois permettent une estimation des teneurs en eau dans la ZT très probablement supérieure à 0,1 wt%H2O et atteignant la saturation pour les régions à très forte conductivité électrique. Ceci impliquant une teneur en eau au moins 10 fois plus élevée que l’estimation de référence pour la wadsleyite (Hae et al., 2006) et compatible avec celle (1 wt%H2O) d’un échantillon naturel de ringwoodite découvert récemment (Pearson et al., 2014). / This manuscript presents an experimental study of hydrogen (H) diffusion in wadsleyite at low temperatures and ambient pressure and an infrared spectroscopy (FTIR) analysis of H-related defects for wadsleyite and ringwoodite, the main components of the mantle transition zone (TZ; from 410 to 670 km depths). These mineral phases ability to incorporate high H-contents suggests that the mantle TZ is an important potential H reservoir. Hydrogen-deuterium (H-D) isotopic exchange experiments have been done at low temperatures (between 450 and 300°C) and ambient pressure and evolution of wadsleyite H-defects is followed by FTIR spectroscopy in function of annealing time. These experiments show two clearly distinct kinetics of extraction with 6 slower OH bands that polarized FTIR spectroscopic measurements on monocrystals, other at very low temperatures (-194 to 50°C) tend to link with defects involving tetrahedral sites.The measured H-D exchange diffusion coefficients show that the H “self diffusivity” in wadsleyite is delimitated by two diffusion laws in m2/s: logDH=-6.04(±1.49)-153(±11)/RTln(10) for the lower limit and logDH=-4.26(±1.36)-164(±10)/RTln(10) for the upper limit.According to the Earth’s electrical conductivity models and assuming this one as the only product of the proton’s mobility, we show that water content in TZ is most likely higher than 0.1 wt% H2O and potentially up to saturation concentrations. This implies a water content at least 10 times higher than the previous estimate from the diffusion study of Hae et al.(2006) and compatible with the recent discovery of a natural 1wt%H2O water content ringwoodite sample included in a diamond (Pearson et al.,2014).

La zone de transition est située entre 410 et 660 km de profondeur dans le manteau terrestre. Bien qu'il s'agisse d'une zone assez petite en volume du manteau terrestre, son rôle peut être important pour déterminer le mode, la vigueur et l'échelle de la convection globale, par exemple par le devenir de la subduction des plaques lithospheriques. Cette convection résulte de la déformation plastique des minéraux, qui elle-même résulte du mouvement des défauts cristallins. Parmi ces défauts, les dislocations sont souvent considérées comme les agents les plus efficaces de la plasticité intracristalline. C'est pourquoi nous proposons d'étudier les mouvements des dislocations dans les principales phases de la zone de transition: la wadsleyite et la ringwoodite. Par une approche de modélisation numérique, nous avons déterminé la mobilité thermiquement activée du glissement des dislocations que l’on trouve dans les polymorphes haute-pression de l'olivine. A partir de l'échelle atomique, nous avons modélisé les propriétés de coeur des dislocations. La déformation plastique est formulée en rendant compte de la dépendance intrinsèque du taux de déformation sur la mobilité des dislocations. Pour mieux comprendre les mécanismes de fluage dans la wadsleyite et la ringwoodite en conditions naturelles, on a utilisé les résultats précédemment définis sur le glissement que l’on a combiné avec la mobilité des dislocations en montée. Les résultats montrent que le glissement des dislocations est inefficace par rapport au fluage par montée dans des minéraux majeurs de la zone de transition. Cela suggère l'importance potentielle du fluage par montée, ce qui rendrait la zone de transition rhéologiquement distincte du manteau supérieur. / The transition zone is the region in the Earth's mantle between 410 and 660 km depth that separates the upper from the lower mantle. In spite of its small volume, it may play a role in constraining the style, vigour and scale of global mantle convection through, for instance, the fate of subducting slabs. Mantle convection is governed by plastic flow that occurs through the motion of crystal defects. Line defects or dislocations are considered to be one of the most efficient defects contributing to intracrystalline deformation. That is why in this work, we concentrate on the motion of dislocations in relation to the major phases of the mantle transition zone: wadsleyite and ringwoodite. A theoretical mineral physics approach is used to model the thermally activated glide motion of dislocations at appropriate pressure conditions in both high-pressure polymorphs of olivine. The intrinsic properties of dislocation core structures are modelled and parametrized by atomic scale calculations to take into account the effect of pressure on atomic bonding. Plastic deformation is finally described by taking into account the instrinsic strain rate dependence on the mobility of the defects.Since plastic deformation by the motion of dislocations is associated with creep, we use the above results and a climb mobility law to address the effective creep process in wadsleyite and ringwoodite under natural conditions. We show the inefficiency of dislocation glide as a strain producing deformation mechanism and suggest the potential importance of pure climb creep in the main minerals constituting the Earth's transition zone. This would imply the mantle transition zone to be rheologically distinct from the upper mantle.