Rigidité des plaques: comment l`estimer? - Perso-sdt

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Rigidité des plaques:
comment l’estimer?
-> Déformation
intraplaque actuelle: par
GPS (ou autre technique
spatiale)
Exemple: Amérique du Nord
•Degré de rigidité?
•Réponse = 2 mm/an sur la
plaque Amérique du Nord
en entier
« Rigidity = RMS misfit of
geodetic velocities to a
rigid plate model »
-> Echelles de temps longs: calculs de Taux de déformation des plaques (TDP) par:
- Ajustement des marges continentales passives : écart type de 50 km.
Ex.: Pour l’Atlantique sud, 50 km sur 5000 km de large en 120 Ma : TDP?
Rigidité des plaques: comment l’estimer?
-> TDP: 2,6 x10-18s-1
a) Variations des TDP:
La cohérence des reconstructions paléogéographiques
suggère 5x10-19 à 10-18 (varie entre craton protérozoïque ou
jeune continent)
-> Sismicité en domaine océanique hors zone de
déformation diffuse:
-> TDP min: 5x10-20s-1 [Gordon, 2000]
-> Sismicité en domaine continental:
-> TDP 3x10-20 à 3x10-19s-1 [Gordon, 2000].
-Cinématique des plaques et géodésie spatiale: TDP 10-
17s-1 [Gordon, 2000].
-> TDP (intérieur) compris entre
10-17 et 10-20s-1
EXEMPLE en 1D:
Extension e = (l1–l0)/l0
(Etirement s = l1/l0 = 1+ e)
Taux = e/t

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b) Force à laquelle est soumise la lithosphère
- Force de poussée aux dorsales: 3x1012 Nm-1 [Turcotte and Schubert, 1982]
- Force exercée par les plus hauts plateaux (Tibet) de 8 ±2 x1012 Nm-1 [Gordon, 2000]
c) Contrainte cisaillante déviatorique moyenne
-de 40 à 125 MPa pour une lithosphère résistante de 40 km d’épaisseur.
d) Viscosité effective = rapport contrainte cisaillante sur taux de déformation
- si TD 5x10-19s-1 , Ve = 8x1025 à 2 x 1026 Pa s pour une lithosphère épaisse de 40 km et deux fois et
demi moins pour une lithosphère épaisse de 100 km.
- Temps de relaxation de la lithosphère : quelques x10 Ma -> viscosité effective minimale : 1025 Pa s
[Ranalli, 1995].
- Comparaison des viscosités effectives de l’intérieur des plaques à celles de zones de déformation:
http://www.cdf.u-3mrs.fr/~lepichon/2003cours4.html
Conclusion 1: Différences entre cinématiques
géologique et géodésique
•Les modèles géodésiques globaux sont des modèles de
cinématique instantanée indépendants.
•Ils permettent d’examiner si les modèles géologiques n’ont pas
été affectés par des erreurs systématiques comme dans le cas
de la plaque Caraïbes et de la plaque Pacifique.
•Ils permettent par ailleurs de détecter des évolutions
cinématiques et tectoniques en cours. C’est certainement le cas
de la plaque Nazca. C’est très probablement le cas également
de l’ouverture atlantique nord et peut-être sud, des mouvements
Nu/Eu et Ar /Eu, et du mouvement In/Eu
XLP

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Conclusion 2: Résistance-rhéologie à l’intérieur
des plaques
- La croûte supérieure est un guide de contraintes du fait de sa résistance
mécanique importante. Elle est maintenue à la limite de rupture par les
forces déplaçant les plaques dont elle supporte 50 à 60%.
- La croûte inférieure se comporte généralement de manière ductile, sauf
dans le cas des cratons à faible flux de chaleur dans lesquels elle est
cassante. Sa résistance mécanique significative lui permet de supporter
30 à 40% de la force déplaçant les plaques.
- La résistance mécanique du manteau est très sensible au flux de chaleur
et à l’épaisseur de la croûte. Aux conditions moyennes (croûte de 40 km
d’épaisseur et flux de 60 mWm-2 ), cette résistance est faible. Toutefois,
pour les faibles flux de chaleur (40 mWm-2), et en particulier si la croûte a
moins de 40 km d’épaisseur, le manteau doit avoir une résistance
mécanique significative.
XLP
7. Comparaison à d’autres indicateurs:
- Mesures de contraintes: WSM
- Tenseurs de moment sismique
- Glissement sur failles
Compléments au cours de C. Grigné :
•Quel est le moteur principal de la tectonique des plaques ?
•Les plaques sont-elles bien couplées au manteau ?
Modèle de Forsyth et Uyeda (1975): FDF : drag force, FCD :
continental drag, FRP : ridge push, FTF : transform fault, FSP : slab
pull, FSR : slab resistance, FCR : colliding resistance, FSU : suction
FDF et FCD sans doute résistives: asthénosphère passive, résistant au
mouvement des plaques -> FDF et FCD proportionnelles à la viscosité
de l’asthénophère, à la surface et à la vitesse des plaques

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Activité tectonique
Comparaison à d’autres indicateurs:
Relations contraintes,
rapport de forme, et
stries sur failles
Relationships between
Andersonian stress regimes
(orientation of principal
stresses), stress ratio R
(relative magnitudes of the
principal stresses), and the
evolution of striations on a
fault plane with changing
stress states.
As R goes from 0 to 1, the
slickensides on a plane go
from t1 to t2 following the
path A (for tensional and
compressional regimes), or
A and B (for strike-slip
regimes).

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- R′= R quand σ1 est vertical (régime extensif = Tenseur normal;NF)
- R′= 2 –R quand σ2 est vertical (régime en décrochement = SS)
Tableau synthétique des types de contrainte
et des régimes de contraintes
Delvaux et al. (1997)
Extension
Comparaison à d’autres indicateurs: Mesures de contraintes (WSM)