Structure thermochimique du manteau profond: observations et modèles

ATTENTION, Changement de Salle: le séminaire aura lieu en salle 108 et
non dans l'amphithéatre.


Résumé:

Structure thermochimique du manteau profond: observations et modèles

La structure thermochimique du manteau profond se révèle plus
complexe que ce qu’on ne le pensait il-y-a une dizaine d’années. De
nombreux indices suggèrent la présence de fortes variations latérales
de composition dans le manteau, notamment dans sa partie la plus
profonde (> 2000 km). La détermination précise de ces anomalies se
heurte toutefois à un fort trade-off entre la température et la
composition: les anomalies de vitesses sismiques seules ne suffisent
pas à séparer le signal chimique du signal thermique. La tomographie
probabiliste permet de résoudre ce trade-off en apportant des
contraintes robustes sur les distributions des anomalies de vitesses
sismiques et de densité. À partir de ces distributions et de
sensibilités à la température et à la composition déduites de la
physique des minéraux, il est possible de calculer des distributions
de température et de composition (parametrisée en fonction des
fractions volumiques de perovskite et d’oxyde de fer).
Celles-ci font apparaître la présence de matériau enrichi en fer
(donc chimiquement plus dense que le manteau moyen) dans les régions
habituellement associées aux superplumes. Les anomalies de vitesse de
cisaillement observées à la base du manteau résultent ainsi de la
combinaison de variations de la température et de la fraction
volumique de fer. L’étape suivante est d’évaluer les conséquences
qu’ont ces variations thermochimiques sur la dynamique et la structure
du manteau terrestre, et en particulier de déterminer quel(s)
paramètre(s) est (sont) capables de maintenir des réservoirs de
matériau dense à la base du manteau. Une exploration exhaustive de
l’espace des modèles de convection thermochimique, au moyen d’une
modélisation numérique appropriée, permet d’apporter des réponses
préliminaires à ces questions. Pour éviter une stratification du
manteau (qui serait sans doute visible sur les modèles sismologiques
1D), le contraste de densité chimique ne doit pas être trop élevé,
typiquement inférieur à 100 kg/m3. De plus, le rapport de viscosité
thermique et la pente de Clapeyron de la transition de phase à 660 km
jouent des rôles cruciaux pour maintenir des réservoirs de matériau
dense sur des périodes de temps comparables à l’âge de la Terre. Par
ailleurs, la transition de phase à 660 km empêche le matériau dense de
pénétrer massivement dans le manteau supérieur, ce qui semble
accréditer l’hypothèse que les basaltes intra-océaniques (OIB)
échantillonnent partiellement un réservoir primitif situé dans le
manteau profond.
L’origine et la nature précise des anomalies de composition du
manteau profond restent cependant mal connues. Une hypothèse probable
est que deux sources distinctes contribuent à ces anomalies: un
réservoir primitif enrichi en fer, et la croûte océanique
recyclée. Les variations latérales de la transition de phase
post-perovskite pourraient aussi contribuer aux anomalies de vitesse
sismique et de densité.