Mélange par convection et survivance des hétérogénéités géochimiques dans le manteau - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Convective mixing and survival of geochemical heterogeneities

Mélange par convection et survivance des hétérogénéités géochimiques dans le manteau

Résumé

Mantle dynamics is implicitely contained in the geochemical signature of ridge basalts and hotspots basalts. On the one hand, the shallow mantle, sampled in ridge basalts, is shown to be relatively homogeneous. On the other hand, the deep mantle, sampled in hotspots basalts, appears to be very heterogeneous. It seems to be in contradiction with many geophysical constraints : mantle convection is vigorous and is likely to induce large fluxes of material between upper and lower parts. How is it possible to isolate areas with distinct geochemical features ? In this work, we study the mixing properties of simple flows mimicking mantle convection. This way, we try to understand the geochemical signature of basalts. We first show that the boundary conditions imposed by plate motions are of crucial importance for the mixing properties of the flow. With relatively realistic 3D boundary conditions, we can maintain some heterogeneous areas in a globally homogeneized system. Second, we demonstrate that the viscous layering of the mantle does not induce significant differences in the mixing properties between shallower and deeper parts. However, we also show that oceanic crust segregation in the D" layer seems to be a good way to explain the geochemical data. The last part of the thesis consists in comparing the results of convective simulations and box models about mantle dynamics. It is shown that the latter should use about 15 boxes to keep raisonnable values of particule dispersion. It is far greater than what is generaly assumed.
La signature géochimique des basaltes de rides ou de points chauds nous renseigne sur la dynamique du manteau terrestre. Le manteau superficiel, échantillonné dans les basaltes de rides, nous apparaît essentiellement homogène. A l'opposè, le manteau profond, échantillonné dans les basaltes de points chauds, se révèle trés hètérogène. Ceci semble contredire la plupart des observations et contraintes issues de la géophysique : la convection du manteau est très efficace, et elle génère vraisemblablement des flux de matière importants entre parties supérieure et inférieure. Comment, dans ces conditions, préserver des zones géochimiquement très différentes ? Dans cette thèse, nous étudions les propriétés de mélange d'écoulements simples simulant la convection du manteau pour tenter de donner un sens à la signature géochimique des basaltes. Nous montrons tout d'abord que la géométrie et la vitesse des plaques lithosphériques sont cruciales pour l'efficacité du mélange de l'écoulement mantellique. Avec des conditions aux limites tridimensionnelles relativement réalistes, on peut préserver des zones hétérogènes dans un système globalement homogène. Ensuite, nous mettons en évidence le fait que la stratification visqueuse du manteau ne peut être invoquée pour expliquer les différences géochimiques entre parties superficielle et profonde. Nous montrons par contre qu'envisager l'existence d'un réservoir de croûte océanique ancienne dans la couche D" peut permettre d'expliquer la signature des basaltes. Enfin, nous présentons une étude comparative des résultats de simulations de convection et de modèles de boîtes géochimiques concernant la dynamique du manteau. Il apparaît que les seconds devraient utiliser environ 15 boîtes pour que le taux dispersion implicite des éléments reste réaliste. Ce chiffre est très supérieur à ceux des modèles de boîtes publiés dans la littérature.
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Dates et versions

tel-00720115 , version 1 (23-07-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00720115 , version 1

Citer

Sylvaine Ferrachat. Mélange par convection et survivance des hétérogénéités géochimiques dans le manteau. Tectonique. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00720115⟩
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