Déformation et cicatrisation des roches de la lithosphère

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Côte d'Azur
UFR Sciences
Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UCA
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Titre de la thèse
Déformation et cicatrisation des roches de la lithosphère: approche numérique
Thesis Title
Deformation and Healing of lithosphere rocks: a numerical approach
Directeur de Thèse (HDR ou assimilé)
Nom : Petit
Prénom : Carole
Téléphone : 0483618754
Courriel : [email protected]
Laboratoire d'accueil
GEOAZUR
Co-directeur
Nom : Ganino
Prénom : Clément
HDR : Non
Unité de recherche : Geoazur
Téléphone :
Courriel : [email protected]
Domaine Scientifique
DS3 - Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Côte d'Azur
UFR Sciences
Description du sujet
La persistance ou l’effacement des zones de faiblesse dans la lithosphère au cours des
temps géologiques dépend des cinétiques des mécanismes de cicatrisation et de
déformation. Si ces mécanismes sont bien connus et désormais modélisés en sciences des
matériaux, notamment dans les alliages métalliques, il est encore difficile de bien les
comprendre à l’échelle des roches terrestres et surtout du manteau, essentiellement parce
qu’ils se produisent à très faible vitesse et à grande profondeur, et sont donc peu
accessibles à l’observation. Pourtant, il est largement admis que ces zones de faiblesse
contrôlent la localisation des déformations géologiques. Une étude récente a en effet
montré que des zones de faiblesse persistantes dans le manteau terrestre contrôlaient les
contours des plaques tectoniques sur le très long-terme. Pourtant, la croissance des grains
à haute température dans les roches du manteau devrait permettre une cicatrisation
rapide et un effacement de ces structures.
Contraindre les temps caractéristiques de cicatrisation des péridotites dans différentes
conditions est donc un enjeu important pour comprendre la localisation des déformations
à l’échelle des plaques. Le laboratoire des Mines ParisTech développe des codes 3D très
performants pour modéliser les processus de déformation et recristallisation dans les
métaux qui présentent un grand intérêt pour les industriels.
Ce sujet de thèse vise à appliquer les codes 3D de recristallisation statique et dynamique
des métaux les plus actuels aux matériaux géologiques et en particulier aux péridotites. Il
se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre Géoazur et le CEMEF (Mines
ParisTech). Techniquement, il faudra injecter les données d’expérience de recristallisation
des péridotites dans les modèles numériques. Une première simplification sera de
travailler avec un modèle mono-minéral (dunite), mais un objectif important sera
d’adapter le code à des matériaux comprenant plusieurs phases comme les péridotites
(olivine+pyroxènes). Les résultats seront confrontés à l’analyse de lames minces
d’échantillons naturels.
L’objectif ultime serait de proposer de nouvelles lois constitutives permettant de prendre
en compte le phénomène de cicatrisation dans les modèles numériques
thermo-mécaniques de grande échelle (x100 km).
Description of the thesis
Whether weak zones in the lithosphere persist or not through long periods of time
depends on the kinetics of rock deformation and healing. In material sciences and
especially in metallic alloys, these mechanisms of deformation and healing are well known
and can be monitored and modelled. However, in earth sciences they are much more
difficult to quantify, mostly because they take place at depth and at very low rates (this is
particularly true for rocks of the mantle lithosphere). Yet, several studies have shown that
inherited weak zones in the mantle and/or in the crust strongly controls strain localization
; for instance, weak zones in the mantle can control tectonic plate boundaries over
extremely long periods of time. Yet, rapid grain growth in the mantle lithosphere at high
temperature should permit fast Healing and erasing of such weak zones. Under which
conditions can they still persist over several hundreds of million years ? Constraining
characteristic timescales of mantle rocks healing in different conditions will help
understanding the process of strain localization and the impact of structural inheritance.
The CEMEF laboratory (Mines ParisTech) develops high performance 3D codes in order to

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model deformation and grain growth in metallic alloys for industrial purposes.
This thesis aims at using these dynamic and static recristallization 3D codes on geological
materials, in particular on peridotites. It will take place in the framework of a starting
collaboration between the CEMEF and Geoazur. Technically, it will necessitate to input
experimental data on peridotite deformation and grain growth into the numerical model
parameters. A first approach will be to work on a single mineral rock (i.e., a dunite) but a
more important objective will be to work on a polymineral material (olivine + pyroxene).
Results will be compared to natural rock thin sections.
The ultimate goal of this research will be to define new constitutive laws that will better
take into account the healing process in large-scale thermomechanical models.
Informations complémentaires
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