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Dynamique du manteau lithosphérique et convectif
Coordonnateur : Christel TIBERI
Chercheurs et enseignants-chercheurs impliqués : D. Arcay, J.-L. Bodinier, D. Bosch, S. Demouchy, B. Gibert, S. Lallemand, D. Mainprice, Y. Lagabrielle, P. Machetel, C. Tiberi, C. Thoraval, A. Tommasi, A. Vauchez, O. Alard, P. Camps, M. Godard, B. Ildefonse
Doctorants : R. Agrusta, M. Bonnin, E. Frets, K. Higgie, F. Kourim
Ingénieurs et équipes techniques : P. Azais, F. Barou, O. Bruguier, B. Galland, C. Merlet
Tout en poursuivant une étude intégrée, pluri-disciplinaire et multi-échelles de la dynamique du manteau, nos efforts durant les prochaines années seront focalisés sur les interfaces croûte-manteau et lithosphère-asthénosphère, en contexte océanique et continental. Nous entendons préciser leur définition, leur cartographie, leur rhéologie et donc les couplages mécaniques, thermiques, et les échanges chimiques au travers de ces interfaces. Nous intégrons à cette approche les interfaces latérales comme les limites de plaques, où la demande sociétale liée aux risques est importante. L’arrivée au sein de l’équipe de nouvelles compétences en expérimentation (S. Demouchy) et en imagerie tomographique (C. Tiberi), ainsi que d’outils nouveaux (Crystal Probe), renforce notre approche intégrant l’étude des processus physico-chimiques et l’imagerie du manteau.
Cette approche pluri-disciplinaire et multi-échelles et l’étude des interactions lithosphère-asthénosphère sont au coeur du réseau de formation Marie Curie CRYSTAL2PLATE (FP7 2009-2013 ; 2,7M€). Ce réseau, coordonné par Andréa Tommasi, réunit 25 chercheurs de 7 institutions européennes (Universités de Montpellier, Bristol, Utrecht, Roma 3, Granada, FAST-Orsay, ETH-Zürich) et financera 10 thèses et 2 post-docs pour répondre à la question : comment les processus physiques et chimiques opérant à toutes les échelles, des cristaux au manteau convectif, intéragissent-ils pour produire la tectonique des plaques ? Les principaux volets abordés dans l’équipe sont les suivants : Rhéologie, microstructures, pétrophysique et modélisation.
La caractérisation du manteau supérieur passe bien sûr par la poursuite de l’étude directe des roches de manteau (xénolites et massifs de péridotite) combinant l’analyse pétro-géochimique, la cartographie des orientations cristallographiques et la quantification du rôle de l’eau dans la déformation par spectroscopie infrarouge. Le Crystal Probe ouvre en particulier de nouveaux champs d’investigation pour notre compréhension des processus de déformation, de transitions de phase, de recristallisation, et de croissance cristalline via le suivi in situ de l’évolution des orientations cristallographiques lors de la déformation à haute température.
Si le comportement mécanique de la lithosphère est connu dans ses grandes lignes, la rhéologie des roches mantelliques aux températures qui prévalent dans la partie sommitale du manteau lithosphérique (< 900°C), juste sous le Moho, est encore largement méconnue. Or la résistance mécanique de cette couche est un paramètre essentiel contrôlant la localisation de la déformation dans la tectonique de plaques, la genèse des rifts et le fonctionnement des décrochements lithosphériques. Nous allons donc combiner, dans les prochaines années, une approche expérimentale (déformation basse température de l’olivine en utilisant la presse Paterson, projet PoEM) avec des observations géophysiques (sismicité profonde, ondes Pn, anisotropie subcrustale).
Pour mieux contraindre les interactions entre la localisation de la déformation due à l’anisotropie et le fonctionnement des failles lithosphériques, nous allons aussi poursuivre nos travaux sur le comportement mécanique anisotrope de la lithosphère, en couplant des modèles thermo-mécaniques 3D simulant la déformation à l’échelle de la lithosphère et le développement des fabriques. Ces modèles seront appliqués au système Mer Rouge-Aden (Action Marges). Par ailleurs, une meilleure connaissance du comportement crustal des failles implique une étude du comportement rhéologique des phyllosilicates. Des expériences de déformation en cisaillement et l’observation des textures par EBSD et goniométrie X permettront de préciser les coefficients de frottement et l’influence de la température sur la déformation. Enfin, nous allons continuer nos travaux sur la conductivité thermique, en focalisant sur la caractérisation des transferts par rayonnement dans le manteau. Pour isoler cette composante, nous allons associer : (1) la modélisation ab initio de la conductivité du réseau et (2) la mesure expérimentale de la partie rayonnement de la conductivité thermique, qui devient non négligeable à haute température.
Observations géophysiques, modélisation et géodynamique globale
Dans l’auscultation des structures et de la déformation profonde de la Terre, la question majeure que nous souhaitons aborder est la discrimination des variations latérales et verticales de la déformation. Ce point est essentiel pour définir le couplage entre les différentes enveloppes de la Terre et imager la structure profonde, en particulier des décrochements d’échelle lithosphérique actuels (San Andreas) ou fossiles (Hoggar, Antarctique). Des progrès peuvent être réalisés en intégrant les (...)
Interactions physico-chimiques à la limite lithosphère-asthénosphère et évolution de la lithosphère continentale
L’étude des interactions entre processus chimiques (ou pétrologiques, comme la fusion partielle et la percolation réactive de magmas) et physiques (déformation) dans le manteau est un thème fondamental de plusieurs des thèses qui démarrent dans le cadre du réseau Crystal2Plate. Dans le cadre de ces thèses, nous allons associer cartographie structurale, analyse de la déformation de l’échelle du µm à celle du km à µm, études sismologiques, géochimie multi-methodes, géochronologie et modélisations (...)
