Thèse en cours

Localisation de la déformation dans le manteau lithosphérique pour former de nouvelles frontières de plaques

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Etienne Van Broeck
Direction : Fanny Garel
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : STE-Sciences de la Terre
Date : Inscription en doctorat le 20/09/2023
Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GM - Géosciences Montpellier

Résumé

FR  |  
EN

La théorie de la tectonique des plaques prédit le déplacement relatif entre les plaques lithosphériques, rigides, à la surface de la Terre solide. Cependant, les frontières de plaques déformées, les plaques lithosphériques quasi-rigides, et l'asthénosphère plus déformable en dessous, sont principalement constitués du même matériau : les péridotites, roches du manteau supérieur, elles même principalement composées d'olivines. L'un des plus grand problème, non résolu, en géodynamique est d'expliquer comment le mouvement, le nombre et la taille des plaques évoluent temporellement. Bien que les dernières décennies aient apporté de nombreuses informations sur les forces à l'origine du mouvement des plaques, de nombreuses questions demeurent. Comment et à quelle fréquence se forment des nouvelles frontières de plaques ? Quand est-ce que la tectonique des plaques s'est initiée sur Terre et comment a-t-elle évoluée jusqu'à l'état actuel? Répondre à ces questions requiert une meilleure compréhension de la rhéologie du manteau supérieur. A l'échelle des temps géologiques (> 1Ma), le manteau supérieur à le comportement d'un fluide visqueux, présentant des contrastes des propriétés mécaniques aux frontières de plaques peu résistantes, dans les plaques lithosphériques froides et rigides, ou dans l'asthénosphère chaude et moins rigide. En effet, les lois de fluages expérimentales prédisent que la résistance du manteau devient grande à faible température (<850°C), expliquant la rigidité des plaques. Le projet ANR RheoBreak vise à définir les conditions sous lesquelles le manteau lithosphérique permet une localisation de la déformation en intraplaque, qui est cohérente à la fois avec les lois de fluages à l'échelle cristalline et la dynamique grande échelle. L'hypothèse de recherche est de considérer un comportement de fluide visqueux dérivé des mécanismes de déformation ductile (e.g. fluage dislocation et diffusion) pouvant être, dans des conditions spécifiques, suffisant pour générer une localisation de la déformation nécessaire à une rupture lithosphérique « par en dessous ». L'un des but de la thèse est de définir une gamme de conditions physiques qui conduisent à la localisation, et comment cela s'applique au manteau terrestre et le système de plaque. Le doctorat explorera comment une viscosité non newtonienne, dépendante de la température et de la vitesse de déformation (exposant n>1 pour le fluage dislocation), peut déclencher des boucles de rétroactions rendant possible la localisation de la déformation. Cette approche est motivée par la récente étude sur l'influence de changements mineurs dans la paramétrisation rhéologique des lois de fluage, en particulier du fluage dislocation, sur les divergences dans la dynamique de subduction (Garel et al., EPSL, 2020). Cette thèse utilisera des proxys pour caractériser la façon dont le paramétrage rhéologique peut améliorer ou inhiber la localisation de la déformation intra-plaque. Il développera également des outils permettant de visualiser et quantifier les processus de localisation, et identifier ce qui initie cette localisation dans divers contextes géodynamiques (e.g. Subduction, rift continental, convection mantellique) simulé par des modèles numériques thermomécaniques. Les méthodes comprendront : -traitement des données (code Python) -code éléments finis Fluidity (Davies et al., G3, 2011) doté d'une capacité de maillage auto-adaptatif, permettant une haute résolution spatiale, nécessaire pour modéliser avec précision la localisation de la déformation dans le temps.