De la rhéologie à la rupture des plaques tectoniques : de l'affaiblissement à la localisation de la déformation dans le manteau lithosphérique – RheoBreak

Le projet RheoBreak s’intéresse à la rupture des plaques tectoniques, i.e. la formation d’une frontière de plaque à faible viscosité à l'intérieur une plaque initialement rigide. D’après nos résultats préliminaires, la déformation ductile de l’olivine pourrait être suffisante, dans des conditions particulières, pour casser la plaque sur toute son épaisseur via une amplification et une localisation de l’affaiblissement du manteau lithosphérique du fait de la dépendance de la viscosité des roches mantelliques au taux de déformation et à la température.

Le projet RheoBreak se découpe en trois volets (WP=”work packages”):

- WP1 “Evaluer le potentiel de localisation de la déformation pour n'importe quelle paramétrisation de la rhéologie mantellique”. La visualisation dans un espace temperature-taux de déformation-viscosité de la bifurcation entre des chemins de plus en plus faibles ou de plus en plus fort nous guide pour quantifier le potential de localisation de la déformation pour une paramétrisation rhéologique donnée. Nous étudierons une large gamme de paramétrisations compatibles avec les données expérimentales de déformation de l'olivine. Cela permettra de réconcilier ces données à l'échelle du cristal avec la dynamique grande-échelle des plaques et du manteau.

- WP2 “Initier la rupture mécanique d'une plaque par localisation de la déformation, et ce pour différents contextes géodynamiques“. Nous construitons des “set-ups” de modélisation thermo-mécanique à l'échelle régionale (subduction, rifting, panache sous une plaque), ce qui devrait générer des dynamiques variées dans la déformation des plaques ou les mouvements asténosphériques sous-jacents. Dans un second temps, nous construtions des modèles de convection globale à l'échelle de tout le manteau terrestre, dans lesquelles plusieurs contextes devraient coexister et intéragir. Cela nous permettra d'estimer une périodicité de la rupture des plaques en fonction du nombre de Rayleigh.

- WP3 “Utiliser les données de gravimétrie spatiale pour estimer l'état thermique et mécanique des plaques lithosphériques”. Des données d'une qualité exceptionnelle ont récemment été acquises par le satellite GOCE. En plus de leur excellente résolution spatiale, ces données comprennent des mesures du gradient spatial du vecteur gravité, ce qui ouvre une perspective unique d'étudier des structures profondes à l'échelle intermédiaire (100-1000 km). Nos résultats préliminaires suggèrent en effet que l'amincissement d'une plaque peut être détecté par ces gradients de gravité, alors qu'il ne serait pas visible dans le signal de gravité. Nous allons produire des signaux de gravimétrie et de gradiométrie synthétiques à partir des modèles thermo-mécaniques du WP2, puis les analyser, avant d'essayer d'appliquer cette technique à un cas natural pour estimer l'état thermique et mécanique des plaques en profondeur.