Blanc SIMI 6 - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques

Fusion du Manteau – Mesures, Modèles, Mécanismes – M&Ms

M&Ms: Fusion du Manteau – Mesures, Modèles, Mécanismes

La fusion partielle joue un rôle clef dans l’évolution de la composition de la Terre. Elle est la cause des différenciations chimiques du manteau et de la genèse des magmas à l’origine de la croûte et des plateaux océaniques. Beaucoup d’aspects de la fusion nous échappent et limitent la compréhension de la structure du manteau et sa dynamique. Mieux comprendre les relations entre les observations géochimiques et pétrologiques des magmas et la dynamique du manteau sous-jacent constituent M&Ms.

Objectifs globaux

Notre but est de comprendre comment le manteau fond et le rôle que joue ce processus dans l’évolution à grande-échelle et long-terme de notre planète. Nous allons étudier les processus proches de la surface comme la formation des basaltes de la croûte océanique, les îles océaniques et les plateaux volcaniques ainsi que les processus plus profonds à travers l’analyse des magmas provenant du manteau supérieur et inferieur. Mais l’objectif plus global et plus ambitieux se focalise sur la série complexe de processus qui démarre avec la formation de la lithosphère océanique, continue avec sa subduction et finit avec la remonté des panaches mantelliques à partir des parties remobilisées de la lithosphère. La fusion partielle dans les panaches mantelliques nous fournie d’une fenêtre à travers laquelle nous pouvons observer ces processus.

Nous utiliserons une approche multidisciplinaire de la fusion du manteau qui combinera la pétrologie, l’analyse chimique et multi-isotopique des échantillons de roche, l'analyse in situ des éléments mineurs dans des olivines, et des expériences et modélisations analogiques et numériques. Nous étudierons un large spectre de roches basiques et ultrabasiques, depuis les basaltes et les laves différenciées des volcans océaniques modernes (Hawaii, Réunion, Islande, Polynésie), en passant par les roches ultrabasiques alkalines (meimechites et kimberlites), jusqu’aux plus anciennes komatiites (3,5 Ga). Notre approche à grands traits est néanmoins ambitieuse et innovante et nous permettra d’aborder certains aspects fondamentaux de l’évolution du manteau. Parmi ceux-ci, nous mentionnerons : (a) La détermination des proportions de matériel fertile et recyclé dans la source des basaltes des points chauds, que nous utiliserons pour contraindre le devenir à long terme de la croûte océanique recyclée et sa survie dans le manteau convectif et la source des panaches. (b) Nous établirons la température de fusion sur les 3,5 Ga de l’histoire de la Terre la mieux comprise afin d’améliorer notre compréhension de l’évolution thermique du manteau et du noyau et réduire nos incertitudes sur celle de la Terre dans son ensemble.

Le résultat principal de notre projet sera une meilleure compréhension du fonctionnement du manteau. Nos travaux fourniront de nouveaux aperçus sur les processus fondamentaux qui gouvernent la composition, l’évolution et la dynamique du manteau dans son ensemble et les magmas qui font eruption dans les milieux océaniques. En combinant les outils pétrologiques, géochimiques et géophysiques, nous allons modéliser avec une rigueur pas encore achevé auparavant le comportement physique des matériaux hétérogènes du manteau et la façon dont sont extraits des magmas de ces matériaux. Cette information améliorera notre connaissance de tous les processus large échelle qui opèrent à la surface de notre planète. Les résultats attendus trouveront des applications dans des domaines aussi diverses que la formation de la croûte et des îles océaniques, les provinces volcaniques très larges, l’evolution à long-terme de la tectonique des plaques, l’interaction noyau-manteau, et les conséquences environnementales des eruptions volcaniques.

Trop tôt pour écrire car projet en cours jusqu'au debut 2015.

Trop tôt pour écrire car projet en cours jusqu'au debut 2015.

La fusion partielle joue un rôle important dans l’évolution de la composition de la Terre. Elle est la cause de l’essentiel des différenciations chimiques du manteau et conditionne la genèse des magmas à l’origine de la croûte et des plateaux océaniques. Beaucoup d’aspects de la fusion nous échappent malheureusement à ce jour ce qui limite notre compréhension de la structure du manteau et de sa dynamique. Les relations fondamentales entre les observations géochimiques et pétrologiques effectuées sur les magmas émis à la surface de la Terre et la dynamique du manteau sous-jacent constituent la substance du présent projet.

Nous proposons une approche multidisciplinaire de la fusion du manteau qui combinera la pétrologie, l’analyse chimique et multi-isotopique des échantillons de roche, l'analyse in situ des éléments mineurs dans des olivines, et des expériences et modélisations analogiques et numériques. Nous étudierons un large spectre de roches basiques et ultrabasiques, depuis les basaltes et les laves différenciées des volcans océaniques modernes (Hawaii, Réunion, Islande, Polynésie), en passant par les roches ultrabasiques alkalines (meimechites et kimberlites), jusqu’aux plus anciennes komatiites (3,5 Ga). Notre approche à grands traits est néanmoins ambitieuse et innovante et nous permettra d’aborder certains aspects fondamentaux de l’évolution du manteau. Parmi ceux-ci, nous mentionnerons : (a) La détermination des proportions de matériel fertile et recyclé dans la source des basaltes des points chauds, que nous utiliserons pour contraindre le devenir à long terme de la croûte océanique recyclée et sa survie dans le manteau convectif et la source des panaches. (b) Nous établirons la température de fusion sur les 3,5 Ga de l’histoire de la Terre la mieux comprise afin d’améliorer notre compréhension de l’évolution thermique du manteau et du noyau et réduire nos incertitudes sur celle de la Terre dans son ensemble.

Notre groupe réunit trois partenaires et inclut des géochimistes, des pétrologues, des géophysiciens et des modélisateurs physiciens. Tous les équipements analytiques et expérimentaux nécessaires pour réaliser notre projet sont disponibles dans les instituts d'accueil. Les participants ont été sélectionnés pour la complémentarité de leur expertise et leur expérience de manière à aborder le problème de façon optimale. Tous sont des scientifiques très productifs et internationalement bien reconnus. Ils ont travaillé soit indépendamment, soit en petits groupes, sur des sujets voisins de ceux qui sont considérés ici et ont beaucoup publié. Nous sommes confiants que cette association produira des résultats importants.

Quoique notre recherche ait des applications potentielles sur le sujet des mines métalliques et celui de l’impact environnemental des grandes éruptions volcaniques, la nature de notre projet est essentiellement celle de la recherche fondamentale. Nous pensons donc que celui-ci est positionné correctement dans une ANR « programme blanc ».


Coordination du projet

Janne Blichert-Toft (ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON) – jblicher@ens-lyon.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ENSL ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON
LGCA CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Alpes
IPGP INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS (IPGP)

Aide de l'ANR 294 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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