Clément Thorey | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Planétologie et sciences spatiales

  Clément Thorey

Le magmatisme intrusif sur les planètes telluriques
Encadrant (et co-encadrant) : 
Résumé: 





Le volcanisme intrusif est une source masquée mais potentiellement importante du volcanisme planétaire. Sur Terre, on considère que l’essentiel des magmas est mise en place sous forme d’intrusions en sub-surface (sills, laccolithes) et les données géologiques et géophysiques permettent d’étudier en détail ces structures (Michaut and Jaupart, 2006, 2009). Mais les intrusions magmatiques sont assez peu documentées pour les autres planètes telluriques. Certaines morphologies, tels des dômes à faible pente au sein des mers basaltiques lunaires et dans les plaines de l’hémisphère Nord sur Mars (Wöhler et al, 2009, Rampey et al, 2007) ou des sols fracturés surélevés au sein de cratères sur la Lune, Mars, Vénus et récemment sur Mercure (Schultz, 1976, Head et al, 2009) figurent parmi les meilleures preuves de ces intrusions extraterrestres, et pourraient donc résulter de la déformation de la surface lors d’injection de magma ne parvenant pas jusqu’à la surface. Le volume et la forme de ces éventuelles intrusions peuvent être contraints à partir de la topographie. Mais ces observations doivent être reliées à des modèles dynamiques d’intrusions magmatiques afin d’obtenir des informations pertinentes sur les propriétés physiques du magma, les taux d’injection mis en jeu et sur l’histoire géologique de ces objets en lien avec l’évolution thermique et dynamique de la planète.


Cette thèse se propose de construire des modèles dynamiques d’écoulement magmatique en profondeur au sein de différents environnements planétaires. Sur les planètes, telluriques des preuves d’intrusion magmatiques sont observées au niveau de cratères d’impacts secondairement modifiés. On étudiera ainsi l’effet d’une croûte à topographie variable sur la géométrie d’une intrusion. D’autre part le mode de refroidissement de ces intrusions varie d’un environnement planétaire à un autre. Sur la Terre, un important facteur du refroidissement est l’hydrothermalisme. Sur la Lune, le refroidissement du magma par advection de fluide n’existe probablement pas et un simple modèle de refroidissement par conduction le long des bords de l’intrusion devrait être applicable aux intrusions lunaires. Sur Mars, il est possible que la circulation de fluide puisse jouer sur le refroidissement des intrusions magmatiques, puisque de l’eau a pu être stockée en profondeur dans la croûte sous forme de glace ou d’eau liquide selon la profondeur. On étudiera ainsi le refroidissement par conduction de ces intrusions lors de leur mise en place et l’on essayera de quantifier la part du refroidissement provenant nécessairement de la circulation de fluide pour expliquer les morphologies des intrusions.


On comparera les résultats des modèles avec les observations et données disponibles (topographiques, gravitaires) sur des intrusions terrestres, et des intrusions potentielles lunaires et martiennes. La Lune et Mars offrent deux cadres différents d’un point de vue physique (gravité, propriétés physiques diverses de l’environnement) mais aussi d’un point de vue de leur histoire thermique et géologique qui permettront non seulement de tester les modèles mais aussi d‘étudier de façon comparative l’évolution et l’origine des intrusions magmatiques planétaires. Enfin, il s’agira de replacer les observations réalisées, en particulier les conséquences de la présence ou non d’intrusions magmatiques, et les résultats obtenus sur les caractéristiques physiques des magmas et les caractéristiques géologiques de leurs environnements, dans le cadre plus global de l’évolution thermique et de la structure interne des planètes étudiées. La présence d’intrusion et leurs caractéristiques physiques dépend des rapports densité du magma / densité de la croûte, qui peuvent différer de manière systématique et évoluer en fonction du temps sur les différentes planètes en raison de la composition de la croûte, des magmas et de la teneur en éléments volatils.