Etude des mécanismes de refroidissement du manteau terrestre simulés par des systèmes multi-agents

• Auteur / Autrice : Manuel Combes
• Direction : Jacques Tisseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géodynamique

Terre -- Manteau

Tectonique des plaques

Mots clés libres

Tectonique des plates

Convection mantellique

Bilan de forces

Frontières mobiles

Catastrophe thermique

Système multi-agents

Plate motions

Mantle convection

Driving forces

Mobile plate boundaries

Thermal catastrophe

Multiagents system

Résumé

Le couplage entre la tectonique des plaques et la convection mantellique est généralement étudié avec des modèles numériques dans lesquels le nombre de plaques est fixé a priori. Nous présentons ici un nouvel outil : le modèle MACMA (Manteau Convectif Multi-Agents) simule une tectonique variable dans le temps, avec des frontières de plaques mobiles dans une géométrie cylindrique 2D. Les vitesses de plaques sont calculées à partir d'un bilan de forces individuel et des mécanismes explicites sont utilisés pour simuler la dynamique des frontières de plaques, décrivant en particulier l'initiation des subconductions, la migrations des fosses de subduction, la rupture de lithosphère continentale (ouverture d'un océan) et la suture de plaques. La géométrie et l'état thermique du système sont ainsi mis à jour à chaque pas de temps. Dans notre modèle, le nombre de plaques tectoniques émerge donc naturellement de leur interaction. Cette approche est basée sur des systèmes multi-agents en interaction thermique et mécanique. Notre modèle met en jeu quatre types d'agents : cellules de convection, plaques lithosphériques, continents et frontières de plaques. Ces agents collectent des informations dans leur environnement pour prendre des décisions en fonction de règles de comportement incorporées dans le modèles géophysique. Le développement de cette méthode présente deux objectifs : (1) examiner dans quelle mesure des lois de comportement analytiques et empiriques peuvent affecter la dynamique des plaques, et (2) évaluer l'impact des mécanismes de surface de la tectonique des plaques sur l'évolution thermique du manteau.

The coupling between plate tectonics and mantle convection is generally investigated with numerical resolution methods that prescribe the number of plates a priori. We have designed a new MACMA model (MultiAgent Convecting Mantle) that simulates time-dependent plate tectonics in a 2D cylindrical geometry with evolutive plate boundaries. Plate velocities are composed using a local force balance and explicit parameterizations are used to treat plate boundary processes such as trench migration, subduction initiation, continental breakup and plate suturing. The system's geometry and thermal state are subsequently updated at all times. In our model, the number of plates is not imposed but emerges naturally. This approach is based on multiagents systems in thermal and mechanical interaction. Our model involves four types of agents (convection cells, lithospheric plates, continents and plate boundaries) that collect information from their environnement in order to make decisions controlled by behavior laws. Our approach has two goals : (1) to test how empirically – and analytically – determined rules for a specific agent's behavior affect plate dynamics as a whole, and (2) to investigate how mantle temperature evolution is influenced by evolving surface plate tectonics.