Thèse soutenue

Etude de l'expression de surface d'instabilités convectives mantelliques

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Auteur / Autrice : Maëlis Arnould
Direction : Nicolas ColticeDietmar Müller
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre
Date : Soutenance le 26/09/2018
Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec University of Sydney
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....) - EarthByte Group, School of Geosciences
Jury : Président / Présidente : Stéphane Labrosse
Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Coltice, Dietmar Müller, Stéphane Labrosse, Marianne Greff, Clinton Phillips Conrad, Delphine Rouby, Anne Davaille, Nicolas Flament
Rapporteurs / Rapporteuses : Marianne Greff, Clinton Phillips Conrad

Résumé

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Constituant la couche limite supérieure de la convection mantellique, la lithosphère terrestre est à l'interface entre les enveloppes externes et internes de notre Planète. Les interactions multiples entre celle-ci et le manteau sont à l'origine de déformations latérales (tectonique des plaques) et verticales (topographie dynamique) de la surface terrestre. Comprendre comment la formation et l'évolution d'instabilités convectives mantelliques renouvellent sans-cesse la surface est donc primordial pour améliorer nos interprétations d'un grand nombre d'observations de surface, telles que la formation de bassins sédimentaires, le mouvement des continents, la localisation des points chauds, la formation d'anomalies gravimétriques ou encore les variations du niveau marin.Cette thèse propose de développer des modèles numériques de convection mantellique générant defaçon auto-organisée de la tectonique des plaques en surface an d'étudier la façon dont le développement et la dynamique d'instabilités convectives telles que les panneaux de subduction ou les panaches mantelliques modifient la surface, dans un contexte de tectonique de surface approchant le régime terrestre.Dans une première partie, je m'intéresse à l'influence du couplage des mouvements de convection mantellique et de tectonique des plaques sur le développement de topographie dynamique (i.e. les mouvements verticaux de la lithosphère induits par la convection mantellique) à différentes échelles spatio-temporelles. Mes résultats suggèrent que la surface terrestre peut se déformer à toutes les échelles spatiales, du fait de mouvements convectifs de grande ampleur faisant intervenir le manteau entier (> 104 km) ou encore de convection à petite échelle sub-lithosphérique (< 500 km). Les variations temporelles de topographie dynamique s‘étendent de cinq à plusieurs centaines de millions d'années selon la nature des processus convectifs dont elles dérivent. En particulier, la dynamique d'initiation ou d'arrêt des zones de subduction contrôle l'existence d'échelles intermédiaires de topographie dynamique (longueurs d'onde variant entre 500 et 104 km). Ces résultats montrent donc que les interactions entre la dynamique de la lithosphère et la convection mantellique génèrent des motifs spatio-temporels de topographie dynamique complexes et cohérents par rapport aux observations terrestres.Dans un deuxième temps, cette thèse se focalise sur la dynamique des panaches mantelliques, et leurs interactions avec la surface. Je caractérise d'abord précisement le comportement des panaches générés dans nos modèles de convection à la lumière d'observations de surface. Puis, j'étudie la façon dont leurs interactions avec la tectonique de surface et les différentes échelles convectives modifient leurs mouvements latéraux. Enfin, la compréhension de la signature thermique des interactions entre panaches et rides océaniques me permet de proposer une reconstitution des mouvements relatifs entre le panache des Açores et la ride médio-Atlantique.