Étude numérique et analogique de la compaction des milieux géologiques

devant le jury: M. RABINOWICZ .............................. Rapporteur Y. RICARD .................................. Rapporteur M. CANNAT .................................. Examinatrice G. CHOBLET ................................. Examinateur E. KAMINSKI ................................ Directeur de thèse Résumé: La connaissance des conditions de transport des magmas est une des clés qui permet le déchiffrage de la chimie des laves, et l'étude des couplages entre la fusion partielle, la convection et la tectonique des plaques. Le scénario de transport le plus cohérent avec les contraintes géologiques consiste en une remontée du magma chenalisée. Ce modèle suggère que le manteau est capable de se déformer efficacement afin d'ouvrir et de conserver des zones où le magma est très concentré. Les modèles numériques considèrent pour le manteau une rhéologie visqueuse mais ils ne sont pas capables de former un réseau chenalisé par simple déformation visqueuse. Dans cette thèse, nous proposons d'adopter une rhéologie viscoélastique pour le manteau. Nous étudions l'influence de cette rhéologie par deux approches. La première est numérique, nous examinons l'influence d'une rhéologie viscoélastique réaliste, jamais encore prise en compte dans les modèles. Nous mettons en évidence deux nouveaux modes de propagation (les 'ploytons' et les 'shaggy shock waves') et nous montrons qu'ils peuvent jouer un rôle majeur sur le transport du magma. La seconde approche, analogique, propose un protocole nouveau pour étudier la circulation des fluides dans les milieux déformables à l'échelle du laboratoire. La mise au point du protocole est détaillée et accompagnée de la présentation des premiers résultats qui pourront à terme, permettre une comparaison numérique-analogique en une dimension. nous déduisons également les lois d'échelles qui permettent de relier la taille des chenaux et leur longueur d'onde aux propriétés rhéologiques du milieu. Abstract: Knowing the transport conditions of magmas in the mantle allows for deciphering the lavas' chemistry and the coupling between partial melting, convection and plate tectonics. The best scenario that accounts for geological constraints implies a channelized magma migration. In this model, the mantle is able to deform itself efficiently enough to open and maintain high magma porosity zones. The magma is classicaly considered as a porous matrix with a mainly viscous rheological behaviour. But, numerical modelling has pointed out that such a rheology is unable to form a channelized network. In this thesis, we adopt a viscoelastic rheology for the mantle. The impact of such a rheology is investigated by two approaches. In the numerical part, we explore the influence of a specific viscoelastic rheology that has never been implemented in numerical codes. We found two new propagation modes (polytons and « shaggy shock waves ») that could play a major role in magma transport. The experimental approach proposes a new protocol, at laboratory scales, to study fluid migration in a deformable medium. The experimental protocol is fully documented and the first results presented here will eventually lead to a comparison between experimental and numerical approaches. This study finally allows us to present scaling laws linking the channels' scales and their wavelenghts to medium's rheological properties.