Appel d`Offres 2002

PROGRAMME ‘INTERIEUR DE LA TERRE’
Appel d’Offres 2002
Le programme intérieur de la Terre se poursuit en 2002 avec une enveloppe budgétaire du même
ordre de grandeur que celle de 2001 (6,3 MF) du fait des évolutions décrites ci-dessous. Ce
programme a reçu un appui du Ministère pour le développement des études sur les couplages entre
les enveloppes solides et fluides du système Terre. L’action ‘Terre Solide’ lancée par le Ministère
en 2000 s’est poursuivie en 2001 et doit continuer en 2002.
L’Appel d’Offres 2002 (AO2002) subit quelques modifications importantes par rapport à 2001 :
- Les projets pluriannuels soutenus en 2001 devront envoyer une demande simplifiée pour
l’attribution 2002. Ces demandes devront être retournées à l’INSU avant le 15 Décembre 2001
pour être examinées par le conseil scientifique début Janvier et pour permettre une mise en place
aussi rapide que possible des crédits. Le formulaire est sur le site web de l’INSU.
- Les nouveaux projets 2002 devront être soumis en utilisant les formulaires disponibles sur le site
web de l’INSU. Ces demandes doivent être envoyées avant le 31 Décembre 2001.
- Du fait de l’arrêt du programme ‘Dorsales’ en 2002, des actions en Sciences de la Terre qui
auraient été soumises à ce programme seront examinées par le comité IT.
Le programme est structuré autour de cinq thèmes fléchés décrits ci-dessous. Une enveloppe de
20% maximum sera réservée à des actions particulièrement originales n’entrant pas dans les
thèmes fléchés. Cette enveloppe indifférenciée permettra de faire évoluer le programme,
d’identifier de futurs thèmes.
Le Comité Scientifique ne s’engagera que sur un financement d’une année (2002) et enverra
chaque année un appel d’offres. Ceci dit, les demandes peuvent être pluriannuelles avec indication
des financements demandés pour les années suivantes.
On rappelle que le premier critère d’évaluation des demandes reste la qualité scientifique
de la demande qui est évaluée par deux rapporteurs dont un appartenant au comité
scientifique.
Les projets :
- un document pour la fiche abrégée ;
- un document pour le projet complet ;
- un document pour la fiche des projets pluriannuels.
doivent être impérativement envoyés par mail à : [email protected]
Un document complet et signé doit nous parvenir par courrier postal à l’adresse suivante :
Lydie Guillerot, Programme IT
INSU, BP 287, 3 rue Michel Ange
75766 PARIS Cedex 16
I – LES THEMES FLECHES
Thème I : Le noyau, dynamique propre et couplages avec les autres enveloppes terrestres
(Animateur Gauthier Hulot)
Le noyau de la Terre est le siège de nombreux phénomènes dynamiques. Tous sont potentiellement
affectés par la façon dont les autres enveloppes (graine, manteau) définissent les conditions aux
limites vues par le noyau. En retour, le noyau joue un rôle important dans l’évolution globale du
système Terre, en contrôlant la croissance de la graine, en influençant la dynamique du manteau, et
même en définissant les conditions dans lesquelles les enveloppes externes (ionosphère,
magnétosphère) réagissent aux flux solaires. L’objectif général du thème I de l’appel d’offre est
d’encourager toute recherche permettant de mieux comprendre la façon dont le noyau interagit
ainsi avec les autres enveloppes de la Terre sur des échelles de temps pouvant aller de l’année à
l’âge de la Terre. Les projets associant différentes méthodes d’investigation (méthodes du
géo/archéo/paléomagnétisme, de la géodésie, de la sismologie, des géomatériaux, etc.) sont très
encouragés. Sont particulièrement sollicités les projets portant sur:
- L’exploitation des données magnétiques historiques et spatiales (avec une attention particulière
sur la séparation des sources principales/crustales/externes).
- Le développement de l’archéomagnétisme et du paléomagnétisme pour préciser la dynamique
du noyau au cours des dernières dizaines, voire centaines de milliers d’années, et au cours des
inversions (acquisition de données, compréhension des mécanismes physiques d’acquisition du
signal magnétique).
- L’amélioration des méthodes de simulations numériques.
- L’analyse comparée des observations, des résultats expérimentaux et des résultats de
simulations numériques du comportement dynamique du noyau.
- L’étude des instabilités du noyau.
- L’influence du noyau, et du système Terre en général, sur la croissance et la structure de la
graine.
- Le comportement mécanique globale du système graine-noyau-manteau (notamment dans le
contexte de la géodynamo).
- L’influence du manteau sur le comportement au très long terme de la géodynamo (fréquences
d’inversions, paléovariation séculaire).
- Les conditions inhabituelles imposées par le noyau sur l’ionosphère et la magnétosphère par le
passé (faible intensité, inversions, excursions).
Thème II Panaches (Animateur Isabelle Manighetti) :
Les points chauds et leurs panaches constituent l'un des plus beaux objets naturels pour étudier les
intéractions entre intérieur et surface de la Terre. L'objectif du chantier "Panaches" est de
progresser dans la compréhension de ces intéractions, à travers l'étude d'un point chaud-cible: le
point chaud Afar (Corne de l'Afrique). La Corne de l'Afrique (Ethiopie, République de Djibouti,
Erythrée, Yémen) est la plus jeune région émergée au monde où la lithosphère continentale subit,
depuis 30 Ma au moins, les effets conjoints d'une activité magmatique de grande ampleur liée à
l'existence d'un point chaud sous sa base, et des processus de rifting qui l'étirent et la déchirent entre
les plaques Arabie et l'Afrique. Cette situation en fait le chantier idéal pour étudier les intéractions
entre une tête de panache et une lithosphère continentale.
Poursuivant les nombreux travaux de recherche déjà engagés dans cette région (détails disponibles
auprès de [email protected]), l'objectif du présent chantier est de progresser dans les
thématiques suivantes:
1) Structure profonde des panaches: Origine et profondeur du point chaud Afar? Structure
tri-dimensionnelle? Ecart de température correspondant? Nature et composition des sources
magmatiques profondes? Conditions physico-chimiques dans ces sources? Volumes mis en jeu?
etc...;
2) Relations entre point chaud et volcanisme postérieur à actuel: Durée d'activité du panache?
Episodicité de cette activité? Nature et extension des produits magmatiques en surface?
Evolution des sources magmatiques, de la profondeur à la surface, au cours du temps, et dans
l'espace? Relations entre pulses magmatiques et activité tectonique? Effets du volcanisme de
point chaud sur l'atmosphère (composition chimique, aérosols etc...)? etc...;
3) Intéraction asthénosphère-lithosphère: Age et scénario du début de la fracturation continentale?
Lien avec le point chaud? Relations chronologiques entre magmatisme, bombement crustal (s'il
existe), et rifting? Nature et importance des modications physico-chimiques et mécaniques dans
la lithosphère à l'aplomb du point chaud? Temps d'enregistrement et de résorption de ces
modifications par la lithosphère? Conséquences sur la dynamique de la déchirure
lithosphérique, à toutes les échelles de temps et d'espace? etc....
Il s'agit donc d'un chantier pluridisciplinaire, où géophysiciens, géochimistes et géologues de tous
bords sont encouragés à s'unir et collaborer.
L'ouverture d’un chantier dédié à l'étude d'un point chaud océanique "actif" est également
envisagée. Deux projets européens intitulés "Ocean Plume Program" et "EuroLIPs" étant
actuellement en cours d'élaboration, il nous semble souhaitable de coordonner l'ensemble de ces
actions. Le programme OPP envisageant de déployer les outils coûteux de la sismologie et de la
tomographie pour étudier, entre autres, les points chauds de La Réunion (panache océanique
typique) et d'Islande (panache océanique en présence d'une dorsale), nous choisissons d'ouvrir le
thème "Panaches" à des projets originaux s'attachant à l'étude de l'un ou l'autre de ces points
chauds, à l'aide d'outils complémentaires, et dans le cadre des trois thématiques évoquées plus haut.
Enfin, dans la mesure du possible, nous essaierons de considérer également les quelques
éventuels projets “ hors chantiers géographiques ” qui s’avèreront susceptibles d’apporter, ailleurs
et autrement, des éléments de réponse à certaines questions générales listées ci-dessus.
Thème III : Dynamique de la convergence continentale (Animateur Gérard Wittlinger) :
L'objectif de cet appel d'offre est de développer la construction de modèles fondés sur de nouvelles
observations concernant la dynamique de la convergence continentale particulièrement le long des
chaînes de collision Alpines. Le programme encouragera les études intégrant des mesures
géophysiques et géologiques de surface et des données géophysiques profondes à l'échelle de la
lithosphère et de l'asthénosphère sous-jacente. Le devenir du manteau sous-continental, la relation
entre anisotropie sismique et dynamique de la convergence, le couplage ou le découplage entre
croûte et manteau, les relations entre déformations superficielles et profondes, l'état et la
composition de la croûte profonde, le partitionnement entre épaississement et coulissage sont
parmi les problèmes qui restent à résoudre pour mieux contraindre le moteur de la convergence
continentale.
Les études de terrain seront ciblées de préférence sur les zones de collision les plus actives
(exemple: l'Iran, l'Himalaya/Tibet, etc…). La réinterprétation et la modélisation de données déjà
acquises complétera l'analyse de données nouvelles. L'approche devra être pluridisciplinaire
(géophysique et géologie/géochimie quantitative). Le programme favorisera l'imagerie multi
paramètres mettant en œuvre des méthodes performantes et innovantes et multi-échelles, du
manteau à la croûte mais aussi à l'échelle d'un segment de faille, les reconstructions
paléogéographiques quantitatives, les études abordant le diachronisme des déformations et des
reliefs, les mécanismes de couplage entre tectonique et magmatisme, les bilans d'érosion, etc….
Une présentation fédérée des recherches envisagées pour chaque zone géographique importante est
souhaitable. Elle présentera le double avantage de faciliter les contacts dans les pays partenaires et
de regrouper les recherches selon l'échelle des phénomènes.
La collision continentale par la création de reliefs perturbant la circulation des masses d'air et
créant des sources de chaleur joue un rôle important dans l'évolution des climats (exemple de la
mousson en Asie). L'étude de ces implications climatiques ne fait cependant pas partie de cet appel
d'offre.
Thème IV : Modélisation de la dynamique du manteau pour interpréter les signaux
géophysiques et géochimiques (Animateur : Yanick Ricard )
Le domaine de la convection mantellique fait actuellement de très rapides progrès grâce aux
interactions avec d'autres disciplines (minéralogie, géochimie, sismologie, tectonique...). Par
ailleurs, le progrès des techniques numériques (techniques multigrilles, éléments spectraux...) ainsi
que celui des ordinateurs (parallélisation) ont changé notre capacité à simuler la dynamique du
manteau et de la lithosphère.
1) Grâce à l'imagerie sismique, une relation directe entre la structure actuelle, l'évolution
paléotectonique et les simulations numériques peut-être établie. Ainsi la géodynamique de la
Terre solide se retrouve dans une situation quelque peu similaire à celle de la météorologie. Il est
possible de simuler l'évolution des zones de subductions et de les comparer aux observations
sismologiques. Toutes les techniques d'assimilation de données, développées par les sciences de
l'atmosphère et de l'océan deviennent utilisables pour les géophysiciens.
2) Le progrès de la modélisation nous a permis de comprendre certains des ingrédients des lois
rhéologiques de la lithosphère qui sont responsables de sa fracturation en plaques tectoniques.
Les concepts de mémoire rhéologique, d'endommagement, de cicatrisation peuvent être
appliqués. La prochaine génération des modèles devrait générer et faire interagir les plaques
tectoniques de façon self-consistante.
3) L'augmentation de la résolution nous oblige à prendre en compte des observations géochimiques
portant sur l'évolution des principaux réservoirs géochimiques terrestres. En particulier les
processus de l'extraction de magma, ceux de la formation de la croûte continentale et ceux de
l'évolution de la lithosphère océanique (ségrégation de composants, mélange...)doivent être pris
en compte.
4) Les développements de la physique de solide avec les mesures de nombreuses propriétés
thermodynamiques de solides d'intérêt géophysique à des conditions mantelliques fournissent
des nouvelles contraintes aux simulations numériques. Les observations de la sismologie
(modèles radiaux et tomographie) doivent être interprétées en termes de température et de
composition. La dynamique des transitions de phase influe sur la convection et la
compréhension de la nature de D" passe par la connaissance des phases de très hautes pressions
et de la possible interaction de ces phases avec le noyau.
Le thème IV recevra tous les projets ayant trait au manteau et à ses interactions avec la lithosphère
et le noyau. Les projets réunissant des méthodes d'approches différentes (géochimie/convection,
sismologie/minéralogie...) seront particulièrement bienvenus.
Thème V : Mouvements verticaux rapides (Animateur : Nicolas Arnaud ).
Les mouvements verticaux rapides dont la vitesse équivaut à celle des plaques lithosphériques
(cm/an ou plus) sont des marqueurs géodynamiques de premier ordre qui doivent être pris en
compte comme un signal fondamental issu de la Tectonique des Plaques. En plus de cette
information sur la dynamique interne du globe, ils portent en eux un signal exogène, lié au fort
couplage entre enveloppes internes et externes à travers l'édification des reliefs, l'érosion et la
subsidence des bassins accompagnant souvent ces mouvements.
L'objectif de ce thème est triple:
- apprendre à mesurer les mouvements verticaux rapides
- savoir déconvoluer les informations sur la géodynamique interne et la géodynamique externe
mêlées de façon complexe dans ce message cinématique
- analyser l'importance de ces forçages internes et externes pour essayer d'identifier et leur
importance relative dans le façonnement de la surface terrestre à l'heure actuelle.
Pour parvenir à ces objectifs quelques lignes directrices semblent essentielles:
1/ le développement méthodologiques de thermochronomètres fiables sur toute la longueur des
chemins pression/température suivis dans la lithosphère, en insistant notamment
- sur les hautes températures (700°C et plus, concernant en particulier la rétention de
l'information chronologique par le système U/Pb) et les hautes pressions (notamment la
rétention de l'information par le système Lu/Hf), domaines dans lesquels des vitesses à
l'échelle de la Tectonique des Plaques sont supposées mais les thermochronomètres encore
peu fiables;
- sur les basses températures (200°C et en dessous, concernant en particulier les méthodes
U/Th/He et les traces de fission). Ces études permettront de caler les mouvements près de la
surface dans les derniers kilomètres où, compte tenu de l'atténuation des perturbations
thermiques avec la profondeur avec la capacités thermiques des roches, le couplage avec les
processus géodynamiques externes est particulièrement sensible. De plus ces
thermochronomètres de basse température seront particulièrement utiles pour l'analyse de
l'histoire de subsidence des bassins sédimentaires;
2/ le développement de méthodes permettant d'estimer des paléoaltitudes. Elles pourront être
thermochronologiques ou cosmogéniques mais aussi paléoécologiques. Le développement
d'études couplées entre marqueurs biologiques et géochimiques des paléoaltitudes est
particulièrement recherché.
3/ le développement de modèles analogiques et numériques crédibles rhéologiquement, dans
l'idéal couplés, et permettant de tester par des conditions aux limites simples:
- la réponse thermique de la lithosphère (effet de l'advection et de l'érosion couplée);
- l'efficacité des processus d'érosion à échelle régionale;
- le transfert de masse aux bassins et leur subsidence pour déterminer le rôle dominant de la
tectonique et/ou de la charge.
4/ l'étude de cas géologiques très bien circonscrits et permettant de déterminer directement le rôle
des couplages entre processus internes et externes et/ou de tester la logique des
thermochronomètres sur une grande gamme de température.
L'attention des demandeurs est attirée sur les points suivants:
- La problématique de l’érosion à grande échelle pourra être financée dans le programme IT en
complément d’études intéressant le Programme National Sol et Erosion (PNSE). Les
propositions devront mettre en lumière clairement comment elles se rattachent à l'un des
objectifs énoncés ci-dessus, notamment l'analyse des couplages entre géodynamique externe ET
interne;
- l'étude de cas géologiques pourra être financée ponctuellement mais ce n'est pas la vocation
première de ce thème. Les demandeurs sont encouragés à chercher comment les frais de mission
pourraient être pris en charge par l'un des autres thèmes, notamment le thème III "Dynamique de
la Convergence Continentale". Le Comité Scientifique sera particulièrement sensible aux
propositions qui sauront se placer aux frontières de thèmes complémentaires, mais dans tous les
cas la démonstration de l'importance de ces tests géologiques très bien circonscrits devra être
faite;
- il n'est pas dans la logique de ce thème de relancer un chantier sur l'étude du métamorphisme de
Très Haute Pression qui a fait l'objet d'une action spécifique dans le programme IT les années
précédentes. Il reste néanmoins que la datation de ces faciès et la thermochronologie de leur
processus d'exhumation sont encore mal maîtrisés et constituent des éléments essentiels dans
l'étude des mouvements verticaux rapides. Ces propositions sont donc les bienvenues.