6. Comparaison Géodésie / Nuvel 1A: implications degré de rigidité - TDP 7. Comparaison à d autres indicateurs:

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1 PLAN 1. Introduction: rappels de notions de base (lithosphère; hypothèse des plaques rigides; types de limites; échelles de temps et d espace ) 2. Distribution de la déformation aux limites de plaques 3. Mesures géologiques des mouvements de plaques actuels (rappels) 4. Mouvements de plaques relatifs et absolus 5. Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI 6. Comparaison Géodésie / Nuvel 1A: implications degré de rigidité - TDP 7. Comparaison à d autres indicateurs: Mesures de contraintes: WSM Tenseurs de moment sismique Glissement sur failles 8. Contextes géodynamiques particuliers Le cas du partage de déformation près des zones de subduction Le cas des épaississements lithosphériques: conséquences Le cas du roll-back (bassins marginaux) (TD) 9. Perturbations de vitesse et de contraintes: divers effets transitoire 6. Comparaison Géodésie / Nuvel 1A: implications degré de rigidité Comparaison Géodésie / Nuvel1A entre plaques Nature, 1991 Smith et al., 1993 Mouvements de plaques: constants et Vitesses sensiblement constantes (sur les 3 derniers Ma) Validation du modèle géologique Validation des mesures géodésiques Créteaux et al.,

2 Exemple d une plaque non prise en compte dans le modèle géologique Rigidité des plaques: comment l estimer? -> Déformation intraplaque actuelle: par GPS (ou autre technique spatiale) Exemple: Amérique du Nord Degré de rigidité? Réponse = 2 mm/an sur la plaque Amérique du Nord en entier «Rigidity = RMS misfit of geodetic velocities to a rigid plate model» 2

3 Exemple en Europe Velocities in ITRF Velocities w.r.t. stable Europe Degré de rigidité? Rigidité des plaques: comment l estimer? EXEMPLE en 1D: -> Echelles de temps longs: calculs de Taux de déformation des plaques (TDP) par: Extension e = (l 1 l 0 )/l 0 - Ajustement des marges continentales passives : écart type de 50 km. (Etirement s = l 1 /l 0 = 1+ e) Ex.: Pour l Atlantique sud, 50 km sur 5000 km de large en 120 Ma : TDP? Taux = e/t -> TDP: 2,6 x10-18 s -1 a) Variations des TDP: La cohérence des reconstructions paléogéographiques suggère 5x10-19 à (varie entre craton protérozoïque ou jeune continent) -> Sismicité en domaine océanique hors zone de déformation diffuse: -> TDP min: 5x10-20 s -1 [Gordon, 2000] -> Sismicité en domaine continental: -> TDP 3x10-20 à 3x10-19 s -1 [Gordon, 2000]. - Cinématique des plaques et géodésie spatiale: TDP s -1 [Gordon, 2000]. -> TDP (intérieur) compris entre et s -1 3

4 b) Force à laquelle est soumise la lithosphère - Force de poussée aux dorsales: 3x10 12 Nm -1 [Turcotte and Schubert, 1982] - Force exercée par les plus hauts plateaux (Tibet) de 8 ± 2 x10 12 Nm -1 [Gordon, 2000] c) Contrainte cisaillante déviatorique moyenne -de 40 à 125 MPa pour une lithosphère résistante de 40 km d épaisseur. d) Viscosité effective = rapport contrainte cisaillante sur taux de déformation - si TD 5x10-19 s -1, Ve = 8x10 25 à 2 x Pa s pour une lithosphère épaisse de 40 km et deux fois et demi moins pour une lithosphère épaisse de 100 km. - Temps de relaxation de la lithosphère : quelques x10 Ma -> viscosité effective minimale : Pa s [Ranalli, 1995]. - Comparaison des viscosités effectives de l intérieur des plaques à celles de zones de déformation: XLP Conclusion 1: Différences entre cinématiques géologique et géodésique Les modèles géodésiques globaux sont des modèles de cinématique instantanée indépendants. Ils permettent d examiner si les modèles géologiques n ont pas été affectés par des erreurs systématiques comme dans le cas de la plaque Caraïbes et de la plaque Pacifique. Ils permettent par ailleurs de détecter des évolutions cinématiques et tectoniques en cours. C est certainement le cas de la plaque Nazca. C est très probablement le cas également de l ouverture atlantique nord et peut-être sud, des mouvements Nu/Eu et Ar /Eu, et du mouvement In/Eu 4

5 XLP Conclusion 2: Résistance-rhéologie à l intérieur des plaques - La croûte supérieure est un guide de contraintes du fait de sa résistance mécanique importante. Elle est maintenue à la limite de rupture par les forces déplaçant les plaques dont elle supporte 50 à 60%. - La croûte inférieure se comporte généralement de manière ductile, sauf dans le cas des cratons à faible flux de chaleur dans lesquels elle est cassante. Sa résistance mécanique significative lui permet de supporter 30 à 40% de la force déplaçant les plaques. - La résistance mécanique du manteau est très sensible au flux de chaleur et à l épaisseur de la croûte. Aux conditions moyennes (croûte de 40 km d épaisseur et flux de 60 mwm -2 ), cette résistance est faible. Toutefois, pour les faibles flux de chaleur (40 mwm -2 ), et en particulier si la croûte a moins de 40 km d épaisseur, le manteau doit avoir une résistance mécanique significative. 7. Comparaison à d autres indicateurs: - Mesures de contraintes: WSM - Tenseurs de moment sismique - Glissement sur failles Compléments au cours de C. Grigné : Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques? Les plaques sont-elles bien couplées au manteau? Modèle de Forsyth et Uyeda (1975): FDF : drag force, FCD : continental drag, FRP : ridge push, FTF : transform fault, FSP : slab pull, FSR : slab resistance, FCR : colliding resistance, FSU : suction FDF et FCD sans doute résistives: asthénosphère passive, résistant au mouvement des plaques -> FDF et FCD proportionnelles à la viscosité de l asthénophère, à la surface et à la vitesse des plaques 5

6 Comparaison à d autres indicateurs: Activité tectonique Relations contraintes, rapport de forme, et stries sur failles Relationships between Andersonian stress regimes (orientation of principal stresses), stress ratio R (relative magnitudes of the principal stresses), and the evolution of striations on a fault plane with changing stress states. As R goes from 0 to 1, the slickensides on a plane go from t1 to t2 following the path A (for tensional and compressional regimes), or A and B (for strike-slip regimes). 6

7 Tableau synthétique des types de contrainte et des régimes de contraintes - R = R quand σ1 est vertical (régime extensif = Tenseur normal;nf) - R = 2 R quand σ2 est vertical (régime en décrochement = SS) Extension Delvaux et al. (1997) 13 Comparaison à d autres indicateurs: Mesures de contraintes (WSM) 7

8 8. Contextes géodynamiques particuliers 8A. Le cas du partage de déformation près des zones de subduction 8

9 «Partage de la déformation» en domaine intraplaque Niveau ductile en profondeur: fort découplage en surface Niveau peu ductile en profondeur: faible découplage en surface Exercice: Sumatra Trouverla vitesse et la direction relatives entre Australie (Au) et l avant-arc (Aa) sachant que: - V Au par rapport à Sundaland(Su) est de 66 à 72 mm/an, direction N10 E - V Aa par rapport à Su estde 20 à 30 mm/an dansla direction parallèle à la faille de Sumatra (N145 E) Pour cela, construire le triangle des vitesses entre Au, Su et Aa Hypothèse: partitionnement total entre le décrochement sur la grande faille de Sumatra et la convergence sur la fosse de Sumatra AVANT- ARC SUNDALAND Notes: Australie et Inde sont considérées comme 1 seule plaque, et Su se déplace un peu par rapport à l Asie AUSTRALIE 9

10 Décomposition du mouvement Schéma du triangle de vitesse V Au/Su 6.9 ±0.3 cm/an V Aa/Su 2.5 ±0.5 cm/an V Au/Aa? Décomposition du mouvement Réponse: solution graphique V Au/Su = V Au/Aa + V Aa/Su - Tracer un vecteur de longueur 6.9 cm dans la direction N10 E - Depuis l extrémité de cette flèche, tracer un vecteur de longueur 2.5 cm dans la direction N150 E (notez que les 2 flèches pointent dans la même direction) - Rejoindre les 2 flèches (flèche rouge):mesurer alors sa longueur et sa direction: on trouve environ 5.4 cm dans la direction N30 E -> V Au/Aa = 5.4 cm/an au N30 E - Pour estimer les valeurs minimales et maximales du vecteur recherché, répéter l opération en prenant pour les 2 vecteurs, avec les mêmes V Aa/Su directions : 2.5 ± cm et 2.0 cm comme valeurs minimales cm/an V Au/Su cm et 3.0 cm comme valeurs maximales 6.9 ±0.3 Note: Il faut prendre V cm/an Au/Su min. et V Au/Su max. pour trouver la valeur minimale du vecteur V Au/Aa, et inversement. On V Au/Aa? peut alors donner une estimation de l incertitude à la fois sur le module du vecteur V Au/Aa et sur sa direction. 10

11 LECTURES D ARTICLES POUR MARDI 16 DECEMBRE Thème: rôle des slabs dans la transmission des forces aux limites de plaques Principe: 1. TOUT LE MONDE LIT DANS LES 3 ARTICLES: 1. LE RESUME 2. LA CONCLUSION 3. LES FIGURES ET LEGENDES 2. CHAQUE GROUPE DE 3 ETUDIANTS LIT L ARTICLE EN PRENANT DES NOTES 3. CHAQUE GROUPE PRESENTE ORALEMENT LES PRINCIPAUX RESULTATS AUX AUTRES (temps de parole équivalents) et CRITIQUE LES CONCLUSIONS DES AUTEURS (qu est-ce qui est convaincant et clairement établi, qu est-ce qui paraît plus douteux) 4. S EN SUIT UNE DISCUSSION ET ECHANGES D AVIS LECTURES D ARTICLES POUR MARDI 16 DECEMBRE 1. LALLEMAND et al., 2005: On the relationships between slab dip, back-arc stress, upper plate absolute motion, and crustal nature in subduction zones Marine et Ruth 2. NISHIKAWA et IDE, 2014: Earthquake size distribution in subduction zones linked to slab buoyancy Nicolas et Aubéry + Abdel 1. BRUN et FACCENNA, 2008: Exhumation of high-pressure rocks driven by slab rollback Damien et Marie + Geoffrey 11