Prospective Sciences de la Terre et Planétologie

Programme DyETI :
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Appel d’Offres 2004
Le programme IT « Intérieur de la Terre » s’est arrêté en 2002 et fera l’objet d’un colloque de deux
journées en hiver/printemps 2004 présentant les résultats obtenus sur la période 2000-2003. La perspective,
engagée en 2002 par une série d’ateliers puis par le colloque de Vulcania, a conclu à la nécessité de
poursuivre par un programme INSU qui traite des questions fondamentales sur la dynamique interne de la
Terre. Les thèmes fléchés décrits dans le présent Appel d’Offres sont le résultat de ces réflexions et leur
contenu pourra évoluer en fonction des résultats du colloque IT.
La Commission Spécialisée des Sciences de la Terre a accepté la mise en place de chantiers prioritaires,
notamment celui des Antilles et un site sur la dorsale médio-Atlantique Momar qui doivent servir à des
études provenant de différents programmes de l’INSU, de programmes d’autres départements du CNRS, et
de programmes d’autres organismes de recherche (BRGM, IFREMER, IRD, …). Le budget de ces
chantiers, renforcé par d’autres sources de crédits, permettra la mise en place de moyens lourds et
d’infrastructures importantes. Tout projet qui démontre l’intérêt de l’utilisation des chantiers sera regardé
avec une attention particulière.
L’appel d’offres DyETI vise à financer les projets d’un an (2004) ainsi que des actions structurantes sur
2 à 3 ans (2004-2006).
Les projets (un document pour la fiche abrégée et un document pour le projet complet, disponibles sur le
site web de l’INSU, http://www.insu.cnrs-dir.fr/) doivent être impérativement envoyés par mail à Lydie
Guillerot ([email protected]) avant le 13 janvier 2003.
Une version papier complète et signée par le directeur d’unité doit être parallèlement envoyée à l’adresse
suivante :
Lydie Guillerot - Cellule Programmes
INSU - BP 287
3, rue Michel Ange
75766 Paris Cedex 16
Action blanche :
Le Comité Scientifique du programme DyETI pourra recommander, après évaluation, un financement de
projets pluri-disciplinaires qui concernent l’évolution de la terre et qui ne sont pas nécessairement liés aux
thèmes cités dans cet appel d’offres. Les demandeurs sont priés de bien justifier leur demande et de justifier
dans quelle mesure leur recherche est complémentaire aux thèmes fléchés DyETI en soulignant son
importance au niveau national et international.
LES THEMES FLECHES
Thème I : Le noyau, dynamique propre et couplages avec les autres enveloppes terrestres
(Animateurs Gauthier Hulot et Philippe Cardin)
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 : Localisation de la déformation lithosphèrique (Animateurs : B. Meyer et J. Chery)
Le comportement mécanique et la rhéologie de la lithosphère suscitent de nombreux débats et font l'objet
d'approches et de modélisations très diverses. De nombreuses questions se posent, par exemple :
- Quelles sont les contributions respectives de la croûte et du manteau lithosphérique dans la résistance de la
lithosphère, et quelle en est la conséquence sur la déformation géologique ?
- Quel est le comportement mécanique moyen de la lithosphère continentale à court et long terme ?
- Comment caractériser la résistance des zones de déformation localisée de façon absolue et la comparer à
celle de zones non déformées?
- Comment établir des relations entre les échelles de temps et d'espace des phénomènes transitoires
impliqués dans la déformation lithosphérique et les propriétés rhéologiques de la lithosphère ?
L'objectif général du thème II est de soutenir les projets qui permettent d'aborder ces questions en associant
observations de terrain et modélisations numériques ou analogiques. Dans ce cadre, sont particulièrement
sollicités les projets impliquant plusieurs méthodes d'investigation et ciblant les aspects suivants :
-
Imagerie géophysique, structure et pétrophysique de la croûte et de la lithosphère dans les zones
déformées.
Répartition de la déformation lithosphérique en surface et en profondeur en réponse à des forces
tectoniques, des charges gravitaires (ou sédimentaires).
Contraintes géodésiques, sismologiques et géologiques sur la localisation de la déformation.
modélisation des interactions entre la croûte sismogénique, la croûte inférieure et le manteau.
-
Acquisition de données temporelles sur les temps caractéristiques de la déformation lithosphérique et
modélisation des vitesses des processus tectoniques.
Thème III : convection et traceurs géochimiques (Animateurs : Anne Davaille et Georges Ceuleneer)
Ce thème regroupe les projets traitant de la dynamique du manteau. La soumission de projets réunissant des
approches complémentaires (sismologie/minéralogie, géochimie/ convection, etc...) est encouragée. Les
études à caractère «local» seront les bienvenues à condition que leur importance pour comprendre le
manteau dans sa globalité soit clairement explicitée. Les approches de terrain doivent être portées sur
certaines régions clés où la recherche entreprise pourra démontrer une vraie valeur ajoutée française voire
européenne.
Sont plus particulièrement sollicitées les études concernant :
-
Les panaches et les intéractions panache-dorsale,
La convection en présence de plaques tectoniques,
Les interactions manteau/noyau et manteau convectif/lithosphère,
L’effet sur la dynamique fine de la convection des transitions de phase à très hautes pressions et
températures mises en évidence par la physique du solide,
Les relations entre vitesses sismiques, anisotropie, minéralogie, composition et température, et entre
modèles tomographiques et géométrie convective,
Les processus pétrologiques et géophysiques à l’origine des réservoirs géochimiques terrestres et
gouvernant leur évolution. Concernant ce dernier thème, l’accent pourrait être mis sur :
. L’identification de la nature des phases et lithologies porteuses des différentes signatures
géochimiques ;
. Les études expérimentales permettant d’élargir notre connaissance du diagramme de phase
du manteau à des lithologies peu étudiées jusqu’à présent mais fondamentales pour notre
compréhension des transferts géochimiques (pyroxénites, éclogites, péridotites métasomatisées,
etc…) ;
. Les modèles de convection et de migration des magmas prenant explicitement en compte les
transferts géochimiques.
Thème IV : Subduction (Animateurs : Catherine Chauvel et Joseph Martinod )
Les zones de subduction jouent un rôle fondamental dans la géodynamique globale de la Terre puisqu’elles
sont le lieu de formation et de destruction de vastes volumes de croûte terrestre et le lieu d’activités
sismiques et volcaniques intenses. Cependant, elles restent mal comprises du fait de l'énorme complexité
des phénomènes mis en jeu. Les progrès que nous pouvons réaliser dans la compréhension des mécanismes
agissant dans les zones de subduction et dans l’établissement des bilans de masse qui en résultent, passent
par une approche multidisciplinaire associant géodynamiciens, tectoniciens, numériciens, pétrologues,
géochimistes, expérimentateurs, sismologues ... Cela passe aussi par l'observation et la comparaison de
différents types de subductions actives. L’étude approfondie de ces différents types est indispensable si l’on
souhaite qu’ils servent ensuite de bases pour les confrontations et comparaisons concernant les témoins
fossiles et les différents modèles théoriques suggérés par les numériciens.
Compte-tenu d'une part de l'expérience acquise par la communauté française intéressée par la subduction et
d'autre part des observables et données à notre disposition, nous proposons de fédérer les recherches autour
de quelques questions fondamentales :
(1) Importance et rôle de la friction apparente sur le plan de subduction et cycle sismique.
(2) Détermination de la distribution des isothermes dans le coin mantellique; effets sur l’ hydratation et
l’érosion ou accrétion sub-lithosphérique, couplage visqueux slab/manteau.
(3) Détermination des temps caractéristiques de transferts d'éléments, relation entre mécanisme de
transferts des éléments chimiques et structure thermique du coin mantellique, contraintes
quantitative de la pétrologie expérimentale sur les mécanismes de fusion et déshydratation et sur les
partages d'éléments traces lors de ces processus.
(4) Quantification des flux entrée/sortie; détermination des bilans de masse en résultant. Effets à long
terme du recyclage de croûte dans le manteau.
(5) Contrôle du slab sur le régime tectonique de la plaque supérieure, relations entre paramètres
caractéristiques (pendage, âge, cinématique....)
(6) Dynamique du manteau au voisinage des subductions et assimilation des slabs. Convection à grande
échelle.
La seule zone de subduction située sur le territoire français est celle des Antilles. Elle fera l’objet d’un
chantier spécifique. Les projets centrés sur l’étude de cette zone sont donc les bienvenus dans le thème IV.
Néanmoins, toutes les questions mentionnées ci-dessus ne pourront y être abordées. En particulier, les
études théoriques ou expérimentales ne peuvent se restreindre à des zones chantiers alors qu’elles sont
indispensables pour mieux comprendre les processus actifs dans les zones de subduction.