Institut de Physique du Globe de Paris

Convection dans le manteau terrestre

Claude Jaupart , Edouard Kaminski , Neil Ribe , Geneviève Brandeis , Anne Davaille , Stéphane Labrosse , Cinzia Farnetani (chercheurs)

Catherine Carbonne, Gérard Bienfait, Angela Limare (ingénieurs)

Judith Vatteville, Loic Fourel, Sophie Androvandi, Laurent Pouilloux (doctorants)

Le manteau, partie silicatée solide de l'intérieur de la Terre, se comporte comme un fluide très visqueux aux échelles de temps géologiques.

La convection dans le manteau est le facteur limitant du refroidissement de la Terre et les échelles de temps de sa dynamique ne sont pas négligeables devant l’âge de la Terre.

D'un point de vue expérimental, nous nous attachons à comprendre :
• la convection sous un solide
• la convection dans deux couches superposées, de viscosité et densité différentes
• l'évolution des panaches thermiques
• les instabilités de la couche D" à la base du manteau terrestre.
• Les phénomènes de subduction de la lithosphère océanique

D'un point de vue numérique, les questions qui nous intéressent sont :

• Quels sont les régime possibles de convection dans un système comme le manteau ?
• Quelles sont les conditions nécessaires à l’obtention d’un régime de tectonique des plaques ?
• Quelles sont les échelles de temps pertinentes pour l’évolution long terme et pour les fluctuations liées à la dynamique ?

Simulation numérique 3D de convection dans le manteau (Stéphane Labrosse)

Simulation numérique 2D de convection dans le manteau avec rhéologie variable et plaques. q est le flux de chaleur, u_top est la vitesse à la surface du modèle (Stéphane Labrosse)

La lithosphère subductée pourrait se plier au contact d'une discontinuité du manteau (à 660 km par exemple) tout comme une couche de chocolat fondu (ici, expériences avec du silicone - N. Ribe)

Simulation numérique d'un point chaud du manteau, et de la trace qu'il laisse à la surface. Hawaii est le point chaud le plus célèbre. Son interaction avec la plaque pacifique laisse de nombreuses signatures (volcanisme, lithosphère peu profonde, anisotropie sismique) - N. Ribe.