V - 5 Tectonique des plaques

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1 Remarque : Le régime de tectonique des plaques obtenu dans les modèles n est pas parfait : Les frontières de plaques sont en général trop larges Les zones de subduction sont souvent telles que les deux plaques en convergence plongent dans le manteau Pas de failles transformantes Les plaques n ont pas assez de mouvement de rotation sur elles-mêmes C.Grigné - UE Terre Profonde 211

2 Modèles récents : surface libre (c est-à-dire déformable verticalement) (Crameri et al., 2012) C.Grigné - UE Terre Profonde 212

3 Modèles récents : surface libre (c est-à-dire déformable verticalement) (Crameri et al., 2012) C.Grigné - UE Terre Profonde 212

4 Modèles récents : surface libre (c est-à-dire déformable verticalement) (Crameri et al., 2012) Vitesses observées des plaques Nuvel-1 NNR C.Grigné - UE Terre Profonde 212

5 Modèles avec continents + géométrie sphérique (Rolf et Tackley, 2012) C.Grigné - UE Terre Profonde 213

6 Modèles avec plusieurs continents (Coltice et al., 2012) C.Grigné - UE Terre Profonde 214

7 Approches possibles pour modéliser la tectonique des plaques et la convection du manteau : 1) Modéliser la convection sans imposer les conditions aux limites, en regardant l évolution de l écoulement sur plusieurs milliards d années. C.Grigné - UE Terre Profonde 215

8 Approches possibles pour modéliser la tectonique des plaques et la convection du manteau : 1) Modéliser la convection sans imposer les conditions aux limites, en regardant l évolution de l écoulement sur plusieurs milliards d années. Problème : les vitesses en surface ne sont pas réalistes (pas de tectonique des plaques, ou pas parfaite). C.Grigné - UE Terre Profonde 215

9 Approches possibles pour modéliser la tectonique des plaques et la convection du manteau : 1) Modéliser la convection sans imposer les conditions aux limites, en regardant l évolution de l écoulement sur plusieurs milliards d années. Problème : les vitesses en surface ne sont pas réalistes (pas de tectonique des plaques, ou pas parfaite). 2) Combiner les connaissances sur - la vitesse des plaques - les anomalies de densité en profondeur (tomographie) - les équations de la convection pour comprendre les forces en jeu sur les plaques lithosphériques, et contraindre les propriétés du manteau (ex.: viscosité). C.Grigné - UE Terre Profonde 215

10 Question sous-jacente : Est-ce la convection du manteau qui entraîne les plaques, qui sont passives? Ou les plaques sont-elles le moteur de la dynamique du manteau, qui est alors passif? C.Grigné - UE Terre Profonde 216

11 Question sous-jacente : Est-ce la convection du manteau qui entraîne les plaques, qui sont passives? Ou les plaques sont-elles le moteur de la dynamique du manteau, qui est alors passif? Plaques et manteau forment un même système, qui est complexe. C.Grigné - UE Terre Profonde 216

12 Question sous-jacente : Est-ce la convection du manteau qui entraîne les plaques, qui sont passives? Ou les plaques sont-elles le moteur de la dynamique du manteau, qui est alors passif? Plaques et manteau forment un même système, qui est complexe. Le moteur général du mouvement repose sur des différences de densité, liées à des différences de température. C.Grigné - UE Terre Profonde 216

13 Question sous-jacente : Est-ce la convection du manteau qui entraîne les plaques, qui sont passives? Ou les plaques sont-elles le moteur de la dynamique du manteau, qui est alors passif? Plaques et manteau forment un même système, qui est complexe. Le moteur général du mouvement repose sur des différences de densité, liées à des différences de température. Il s agit donc d un système convectif. C.Grigné - UE Terre Profonde 216

14 Autres façons de poser la question sur la dynamique manteau/plaques : Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques? Les plaques sont-elles bien couplées au manteau? C.Grigné - UE Terre Profonde 217

15 Autres façons de poser la question sur la dynamique manteau/plaques : Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques? Les plaques sont-elles bien couplées au manteau? Ce qu on connaît : La vitesse des plaques à l heure actuelle, et sur les derniers 200 Ma (reconstructions). Les équations qui contrôlent un milieu fluide. Les anomalies de densité dans le manteau actuel (tomographie et reconstructions). C.Grigné - UE Terre Profonde 217

16 Autres façons de poser la question sur la dynamique manteau/plaques : Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques? Les plaques sont-elles bien couplées au manteau? Ce qu on connaît : La vitesse des plaques à l heure actuelle, et sur les derniers 200 Ma (reconstructions). Les équations qui contrôlent un milieu fluide. Les anomalies de densité dans le manteau actuel (tomographie et reconstructions). Ce qu on ne connaît pas, ou mal : Les viscosités dans le manteau. C.Grigné - UE Terre Profonde 217

17 Autres façons de poser la question sur la dynamique manteau/plaques : Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques? Les plaques sont-elles bien couplées au manteau? Ce qu on connaît : La vitesse des plaques à l heure actuelle, et sur les derniers 200 Ma (reconstructions). Les équations qui contrôlent un milieu fluide. Les anomalies de densité dans le manteau actuel (tomographie et reconstructions). Ce qu on ne connaît pas, ou mal : Les viscosités dans le manteau. Les forces agissant sur les plaques ne sont pas connues précisément, mais on peut écrire leurs expressions en fonction de différentes variables du manteau (viscosité, densité) et essayer de contraindre l importance des différentes forces. C.Grigné - UE Terre Profonde 217

18 On peut montrer que chaque plaque est à l équilibre dynamique. C.Grigné - UE Terre Profonde 218

19 On peut montrer que chaque plaque est à l équilibre dynamique. La somme des forces agissant sur les plaques est donc nulle. C.Grigné - UE Terre Profonde 218

20 On peut montrer que chaque plaque est à l équilibre dynamique. La somme des forces agissant sur les plaques est donc nulle. On peut donc chercher à décrire toutes les forces agissant sur une plaque, et calculer - soit les vitesses des plaques qui donne un bilan des forces nul (et les comparer alors aux vitesses observées) - soit l importance de chaque force de façon à avoir un bilan des forces nul (en utilisant alors les vitesses observées pour calculer les forces) C.Grigné - UE Terre Profonde 218

21 Modèle de forces de Forsyth et Uyeda (1975) C.Grigné - UE Terre Profonde 219

22 Dans ce modèle, les forces importantes sont Forces motrices : C.Grigné - UE Terre Profonde 220

23 Dans ce modèle, les forces importantes sont Forces motrices : SP= Slab pull : traction gravitaire liée à la plaque plongeante dans le manteau C.Grigné - UE Terre Profonde 220

24 Dans ce modèle, les forces importantes sont Forces motrices : SP= Slab pull : traction gravitaire liée à la plaque plongeante dans le manteau RP= Ridge push : déséquilibre de pression lié à l élévation de la ride C.Grigné - UE Terre Profonde 220

25 Dans ce modèle, les forces importantes sont Forces motrices : SP= Slab pull : traction gravitaire liée à la plaque plongeante dans le manteau RP= Ridge push : déséquilibre de pression lié à l élévation de la ride Forces de résistance : DF= Drag force : force de frottement horizontal sous les plaques SR= Slab resistance : force de frottement qui s oppose à l enfoncement des plaques dans le manteau C.Grigné - UE Terre Profonde 220

26 Dans ce modèle, les forces importantes sont Forces motrices : SP= Slab pull : traction gravitaire liée à la plaque plongeante dans le manteau RP= Ridge push : déséquilibre de pression lié à l élévation de la ride Forces de résistance : DF= Drag force : force de frottement horizontal sous les plaques SR= Slab resistance : force de frottement qui s oppose à l enfoncement des plaques dans le manteau forces de résistance forces motrices C.Grigné - UE Terre Profonde 220

27 Forsyth et Uyeda considèrent 12 plaques C.Grigné - UE Terre Profonde 221

28 Forsyth et Uyeda étudient la vitesse des plaques en fonction de différents paramètres : surface totale de chaque plaque C.Grigné - UE Terre Profonde 222

29 Forsyth et Uyeda étudient la vitesse des plaques en fonction de différents paramètres : longueur totale de dorsale pour chaque plaque C.Grigné - UE Terre Profonde 223

30 Forsyth et Uyeda étudient la vitesse des plaques en fonction de différents paramètres : longueur totale de fosses de subduction pour chaque plaque C.Grigné - UE Terre Profonde 224

31 Pas de corrélation claire entre surface d une plaque et vitesse de cette plaque : C.Grigné - UE Terre Profonde 225

32 Pas de corrélation claire entre surface d une plaque et vitesse de cette plaque : la force horizontale de frottement visqueux sous la plaque a peu d influence. C.Grigné - UE Terre Profonde 225

33 Pas de corrélation claire entre surface d une plaque et vitesse de cette plaque : la force horizontale de frottement visqueux sous la plaque a peu d influence. Pas d effet clair non plus de la longueur totale de dorsales C.Grigné - UE Terre Profonde 225

34 Pas de corrélation claire entre surface d une plaque et vitesse de cette plaque : la force horizontale de frottement visqueux sous la plaque a peu d influence. Pas d effet clair non plus de la longueur totale de dorsales Corrélation très nette entre vitesse rapide et longueur totale de fosses de subduction C.Grigné - UE Terre Profonde 225

35 Conclusions principales de ce type d études : les forces principales de la tectonique des plaques sont la traction gravitaire des plaques plongeantes (slab pull). la résistance du manteau à l enfoncement de ces plaques plongeantes (slab resistance). C.Grigné - UE Terre Profonde 226

36 Conclusions principales de ce type d études : les forces principales de la tectonique des plaques sont la traction gravitaire des plaques plongeantes (slab pull). la résistance du manteau à l enfoncement de ces plaques plongeantes (slab resistance). la résistance de l asthénosphère au mouvement horizontal des plaques est faible : la vitesse des plaques impose qu il existe une asthénosphère de faible viscosité. il y a alors découplage entre les plaques et le manteau profond. C.Grigné - UE Terre Profonde 226