Convergence et flexion de la lithosphère - Perso-sdt

01/12/2015
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Jacques Déverchère, 3h
Convergence et flexion
de la lithosphère
UE Processus Géodynamiques
2015
Partie D- Mécanismes de la convergence
lithosphérique (16h CM)
Master 2
Géosciences
Brest
Mardi 1er décembre 2015
Objectifs de la séance
•Appliquer les notions théoriques de mécanique de
la lithosphère aux objets géologiques en
convergence
Te: combien, comment? La flexion existe-t-elle?
•Percevoir les approches méthodologiques utilisées
et le développement des questions scientifiques
Comment « voir », détecter, la réponse en flexion? Qu’est-ce
que ça révèle?
•Identifier les principaux facteurs qui déterminent la
réponse en flexion en convergence
Quels sont les cas fréquents? Quelle amplitude, quelle
longueur d’onde? Quels contrôles, au-delà de Te?

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Plan
•1. Introduction, problématique
–A. Notion d’enveloppe rhéologique (rappel)
–B. Notion de flexion lithosphérique: isostasies, rigidité (rappel)
–C. Détection de la flexion: les anomalies gravimétriques
•2. Convergence et transmission des contraintes: le couplage
–A. Couplage frontal faible et « roll-back »: bassins marginaux
–B. Couplage frontal fort et collision: chaînes liminaires, flambage
–C. Déformation de la plaque inférieure: « Bulge », Bassin flexural
(d’avant-pays)
•3. Inversion des marges passives (naissance des subductions)
–A. Cycle de Wilson et devenir des marges passives
–B. Rôle de la transition continent-océan (COB)
–C. Inversion de failles normales?
–D. Application : marges méditerranéennes
•4. Conclusions
Principes pour bâtir des modèles
rhéologiques long terme de rigidité:
•Classique: plaques décrites comme rigides et élastiques à
l’échelle des temps géologiques
•« Croûte forte, faille faible »: Résistance de la croûte
gouvernée non par la rupture mais par le glissement (loi de
frottement de Coulomb avec une valeur du coefficient de
« friction » en accord avec celle mesurée en laboratoire de 0.6 à
1.0 [Byerlee, 1978])
•Tout se passe comme si la croûte supérieure est préfracturée
avec une contrainte de cisaillement maintenue à l’état critique
[Zoback et al., 1993]
•Résistance élastique : correspond au maximum de contrainte
déviatorique que peut « soutenir » chaque couche avant la
rupture
•1. Introduction, problématique

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•1. Introduction, problématique
–A. Notion d’enveloppe rhéologique (rappel) = YSE
© C. Brunet Lois empiriques :
•domaine fragile : •domaine ductile :
TFD
TFD
Séismes
Séismes
- Géotherme : déduit du flux de chaleur
mesuré en surface ou du modèle de
plaque en refroidissement (notion d’âge
thermique)
- Transitions Fragile –ductile (TFD ou
BDT): multiples - sommet marqué par le
pic, base par une très faible résistance
- Dépendance du temps pour loi en
puissance
Notion de résistance à la contrainte
(« strength »): sdifférentielle
supportée avant rupture de la roche
•1. Introduction, problématique
–A. Notion d’enveloppe rhéologique (rappel): Résultats majeurs
1. la résistance fragile augmente avec la pression (profondeur)
2. la résistance est indépendante de la vitesse de déformation
3. la cohésion des roches est négligeable vis-à-vis des contraintes développées
dans la lithosphère.
1. la résistance diminue quand la vitesse de déformation diminue,
2. la résistance décroît avec la température et la profondeur,
Domaine ductile
Domaine cassant
Général
1. « Sandwich » rhéologique de la lithosphère (stratification)
2. Transitions fragile-ductile: progressives (matériaux composites)
3. Zones de découplage: rôle fondamental pour le style tectonique
4. La résistance dépend de la minéralogie des roches
« L'anélasticité a pour cause l'existence d'un « frottement » interne lié à des phénomènes physico-
chimiques complexes »

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•
1. Introduction,
problématique
–A. Notion
d’enveloppe
rhéologique (rappel):
rôle des fluides
- Flux de surface
constant (60
mW/m2)
- Moho à 40 km
undried granulite
dry diabase
« CLASSIQUE »
Continental shields
(north India?)
Jackson, 2004
Conditions in
most continental
areas?
« Water has the potential
to influence lithosphere
strength dramatically »
-> Large « effect of small
amounts of water on creep
strength »
(Basé sur expériences en
laboratoire)
•1. Introduction, problématique
–B. Notion de flexion lithosphérique: isostasies, rigidité (rappel)
D’après E. Burov
•Isostasie locale
-> notion de rigidité et de compensation régionale

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•1. Introduction, problématique
–B. Notion de flexion lithosphérique: isostasies, rigidité (rappel)
Exemples qualitatifs: Mouvements verticaux associés à:
L’étirement Le raccourcissement
État initial
Isostasie locale
(hydrostatique)
Isostasie
régionale
(rigidité
« flexurale »
rajoutée)
(avec bombement thermique) L. Barrier, Paris
E: Module de Young:
h= EET = EEE = Te
-> Te représente l’intégrale sur la profondeur des
contraintes en flexion par courbure (« bending
stress »): inclue contribution des champs cassants ET
ductiles
D = rigidité flexurale
ν= coeff. de Poisson
Si E élevé, matériau rigide
•1. Introduction, problématique
–B. Notion de flexion lithosphérique: isostasies, rigidité (rappel)
constante qui relie la
contrainte et la déformation
pour un matériau isotrope
Bending stress
D’après E. Burov