24/09 PV cinématique des plaques, quel apport pour la

24/09 PV cinématique des plaques, quel apport pour la géodynamique
1/10 PV cinématique des failles, entre recherche fondamentale et estimation du
risque
8/10 GB Forces motrices des mouvements des plaques et la 'World Stress Map'
15/10 GB Fonctionnement des failles vu par la sismologie, et introduction en risque
sismique en France
22/10
Vacances
5/11 AV Déformation intraplaque - Localisation et causes. (Pourquoi ici et pas là?)
12/11 JC introduction à la modélisation numérique (cours + TP en salle info)
19/11 PV informatique et programmation pour l'analyse d'un champ de vitesse
26/11 AT couplages entre tectonique de plaques et convection mantellique
3/12 AV Les couplages mécaniques aux interfaces dans la lithosphère et le
chargement des zones tectoniques actives.
10/12 RC Rôle de l'érosion dans dynamique orogénique
17/12
Vacances
7/01
14/01
Mesurer le mouvement des plaques
Les anomalies magnetiques et le modèle
NUVEL-1
Carte de
anomalies
magnétiques
des fonds
océaniques
Les anomalies magnetiques et le modèle
NUVEL-1
+
Un modèle
de limites de
plaques
le modèle NUVEL-1A-NNR
Avant la géodésie : les anomalies
magnetiques et le modèle NUVEL-1
Carte de
anomalies
magnétiques
des fonds
océaniques
Gordon et Jurdy, 1988
Gordon et
Jurdy, 1988
Problème :
toutes les
plaques ne sont
pas prises en
compte dans
modèle
NUVEL-1A-NNR
Bird 2003
Et les nouvelles technologies ???
Le VLBI
•  Première mesure directe de
l’ouverture de l’Atlantique :
1986 par VLBI
•  5 ans de mesure entre
Westford (EU) et Wettzel
(Allemagne)
VLBI
Communication T. Herring
Nécessité de faire des mesures directes
des mouvements des plaques
tectoniques
La description du mouvement d’une
plaque
est le vecteur rotation
de la plaque
est le vecteur position
du point considéré
est le vecteur de la
vitesse au point
considéré
La description du mouvement d’une
plaque
est définit par 3 composantes
cartésiennes :
C'est un vecteur dont l'origine est le
centre de la Terre et qui coupe la surface
de la Terre en un point donné.
Les coordonnées (latitude et longitude ) de ce point ainsi que la
vitesse angulaire correspondent vecteur eulérien de rotation :
avec
La description du mouvement d’une
plaque
Pole de rotation de l’Eurasie dans
ITRF2000 (Altamimi et al., 2005)
La description du mouvement d’une
plaque
Pole de rotation
Plaque
Position des pôles
de rotation, ainsi
que les vitesses de
rotation autour en
degrés par million
d'années,
déterminés pour les
12 grandes plaques
dans le modèle
NUVEL-1A-NNR
(DeMets et al, 1990,
Argus et Gordon,
1991, et DeMets et
al., 1994)
1 PACIFIQUE
Latitude
Longitude
vitesse
(°/Ma)
-63.0
107.4
0.64
2 EURASIE
50.6
-112.4
0.23
3 AFRIQUE
50.6
-74.0
0.29
4 ANTARCTIQUE
63.0
-115.9
0.24
5 INDE-AUSTRALIE
45.5
0.4
0.54
AMERIQUE DU
NORD
-2.5
-86.0
0.21
-25.4
-124.6
0.11
47.8
-100.2
0.74
-39.0
-36.7
0.90
10 ARABIE
45.2
-4.4
0.54
11 COCO
24.5
-115.8
1.50
12 CARAIBE
25.0
-93.1
0.21
6
7 AMERIQUE DU SUD
8 NAZCA
9 PHILIPPINE
La description du mouvement d’une
plaque
On rappelle que le mouvement en un point
de latitude λ et de longitude φ se trouvant sur
une plaque dont le mouvement peut être
décrit par le vecteur eulérien de
coordonnées λp (latitude), φp (longitude) et ω
(vitesse de rotation en °/Ma) est donné par la
formule suivante :
Vitesses absolues NNR (No Net Rotation)
ou référentiel à rotation globale nulle
Pour des limites de plaques et de vitesses de rotation relatives fixées, on
peut chercher le référentiel qui minimise l’intégrale suivante :
Ce qui équivaut à :
où
Vitesses poloïdale et toroïdale
Tout champ de vecteurs définis en tout point M de la surface d’une sphère et
tangents en M à la surface peut s’écrire :
vitesse poloïdale
vitesse toroïdale
Vitesses poloïdale et toroïdale
Tout champ de vecteurs définis en tout point M de la surface d’une sphère et
tangents en M à la surface peut s’écrire :
vitesse poloïdale
vitesse toroïdale
Champ de vitesse du Moyen Orient dans
l’ITRF2000
Champ de vitesse du Moyen Orient par
rapport au référentiel Eurasie fixe
Champ de vitesse du Moyen Orient par
rapport au référentiel Eurasie fixe
Vérification de l’hypothèse de quasirigidité de la plaque Anatolie
Vérification de l’hypothèse de quasirigidité de la plaque Anatolie
Vérification de l’hypothèse de quasirigidité de la plaque Arabie
Vérification
de
l’hypothèse
de quasirigidité de
la plaque
Arabie
Les pôles de rotation AN/EU, AR/EU, NU/
EU
Plaques lon
+/-
lat
+/-
vit.
+/-
NU-EU 23.9
NU-EU 20.6
1.5
0.8
2.3
21.0
1.1 0.059 0.001
6.0 0.12 0.015
Reilinger et al., 2006
NUVEL-1A-NNR
AR-EU 18.4
AR-EU 13.7
1.0
5.0
28.4
24.6
0.9
2.3
0.428 0.009
0.5
0.05
Reilinger et al., 2006
NUVEL-1A-NNR
AN-EU 32.1
0.7
30.8
0.8
1.231 0.023
Reilinger et al., 2006
Comment calculer la vitesse d’ouverture
de la Mer Rouge
=> Cela implique de calculer le mouvement différentiel
Afrique/Arabie
Si on connaît le vecteur ωA/B et ωB/C, alors la somme des
composantes cartésiennes des vecteurs ωA/B + ωB/C = ωA/C
=> Uniquement valable avec les composantes
cartésiennes du vecteur rotation de la plaque
Comment calculer la vitesse d’ouverture
de la Mer Rouge
Pour passer des composantes eulériennes aux cartésiennes
on utilise les formules suivantes :
Pour passer des composantes cartésiennes aux eulériennes :
Géodésie
Géologie
~20 mm/an
D’après (McQuarrie et al., 2003)
Référentiel HS (Hot Spot)
Tout champ de vecteurs définis en tout point M de la surface d’une sphère et
tangents en M à la surface peut s’écrire :
A FAIRE
Avant la géodésie : les anomalies
magnetiques et le modèle NUVEL-1
Carte de
anomalies
magnétiques
des fonds
océaniques
Référentiel HS3-NUVEL1A
Référentiel HS (Hot Spot)
Plaques continentales moins rapides que plaques océaniques
Slab > 28% plus rapides que plaques sans slab
Vitesse plus rapide si slab plus vieux
A FAIRE
56°S, 70°E, 0.44°/Ma
Existence d’un courant tectonique ?
Crespi et al., 2007
Existence d’un courant tectonique ?
Crespi et al., 2007
Existence d’un courant tectonique ?
Crespi et al., 2007
Existence d’un courant tectonique ?
Reste de l’espoir pour les aspirants chercheurs ….
Comment s’affranchir des référentiels ?
=> Par le calcul des tenseurs de déformation L
L peut être décomposé en deux parties, une symétrique E, correspondant
au tenseur des taux de déformation horizontal :
Et l’autre antisymétrique W, liée à la vitesse de rotation du triplet de points
considéré :
Déformation
géodésique,
déformation
sismique
Formule de Kostrov (1974) :
µ=3.1010Νm-2 rigidity, τ summation
interval, V volume, Mij seismic
moment tensor components
Données :
Jackson, Haines and Holt
(1995) for 1909-1992
Harvard catalogue (CMT) for
1992-2002
Before 1909 : Ambraseys and
Melville (1982)
<= déformation GPS vs.
sismique (normalisées)
Taux de déformation
sismique et géodésique =>