Thèse soutenue

Les forces résistantes de la tectonique des plaques : apport des données gravimétriques dans les modèles numériques

FR
Auteur / Autrice : Yann Krien
Direction : Luce Fleitout
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Terre, océan, espace
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Paris 11
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

FR

Mots clés contrôlés

Résumé

FR  |  
EN

Cette étude a pour principal objectif d'apporter des contraintes sur la structure! mécanique des zones de subduction et sur l'intensité des forces qui s'opposent à la tectonique des plaques. A l'aide de modèles dynamiques 2D de zone de subduction, cartésiens et instantanés, avec des rhéologies Newtoniennes ou en loi de puissance, nous montrons dans une première partie que les données gravimétriques ne peuvent être reproduites que si le couplage entre les plaques est limité, et que la résistance de la lithosphère subductante lors de la flexure est relativement faible. La gravite�� et les anomalies de géoïde (de longueurs d'ondes comprises entre 100 km et 4000 km environ) sont en général correctement reproduites dans le cas où les contraintes déviatoriques sont modérées. Nos résultats indiquent que seule une petite portion du poids de la plaque plongeante est transmise à la lithosphère en surface. Près de 10% de l'énergie est dissipée dans la zone de contact entre les plaques, 10-20% dans la région de flexure, et plus de 70% dans le manteau sub-lithosphérique. Les tractions en base de plaques induisent un déplacement net de la lithosphère, qui se traduit par une asymétrie des vitesses en surface. Dans le cas d'une circulation mantellique globale, les anomalies de géoïde déterminées numériquement présentent une "bosse" à des longueurs d'onde intermédiaires (λ≈2000-4000km), qui n'est pas observée. Nous montrons qu'il est possible de réconcilier les observations avec les prédictions du modèle si l'on tient compte de forces de résistance au flux mantellique associées aux transitions de phases du manteau profond. Afin de mieux comprendre l'origine de ces forces, nous nous sommes intéressés par la suite aux variations volumiques accompagnant les changements de phase. A l'aide de modèles analytiques et numériques simples, nous montrons que les changements de volume "macroscopiques" (à l'échelle du manteau) peuvent altérer de manière significative le flux mantellique et les observables de surface comme la gravimétrie, dans le cas d'une discontinuité fine et visqueuse. En partant du modèle de croissance de grain de Morris [2002], nous montrons par ailleurs que les changements de volume à l'échelle microscopique sont susceptibles d'engendrer des déflections des zones de transitions de plusieurs kilomètres, y compris dans le cas de rhéologies non-Newtoniennes pour lesquelles la viscosité effective est relativement faible.