Plan/2 Zoom 1/2 - Perso-sdt

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Plan/2
A. Introduction: La structure profonde du globe et la convection
B. Les hétérogénéités physiques du manteau: Lois de vitesse
C. Les plaques plongeantes
D. Tomographie globale
- Manteau supérieur
- Manteau inférieur
E. Les points chauds
2. Structure interne du Globe
Flux de chaleur en mW/m2
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A. Introduction: La structure profonde du globe et la convection
B. Hernandez www.chez.com/bhernand/
2 grandes unités de composition chimique très différentes
+ variations des propriétés physiques et minéralogiques f(T,P):
- D’’ (1)
- 660 km
- 400 km
- « L-A »
Silicates
Fer métallique
1Gutemberg , 2Lehmann
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A. Introduction: La structure profonde du globe et la convection
- 3 modes de transfert de chaleur: conduction, radiation, convection
- Holmes 1931: manteau en convection: transport de chaleur par déplacement de la
matière
- Principe: différence de chaleur -> force d’Archimède, mais 2 effets s’y opposent:
frottements visqueux et diffusion de la chaleur T
- La convection s’établit quand le temps
d’advection (ascension) de la zone
anormale est inférieur au temps de
diffusion de T : nombre de Rayleigh*
(valeur critique: ~2000) Ra > 1000
- Conséquence: si de la matière monte,
autant doit descendre! -> Structure
convective = cellules
- Modèles de convection: contrôlés par
le flux de chaleur –rôle prépondérant
de la viscosité (variations énormes: 106)
Rappel: la croûte continentale concentre les
éléments radioactifs! Effet à ôter ici
https://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Rayleigh
* nombre sans dimension utilisé en mécanique des
fluides et caractérisant le transfert de chaleur au sein
d'un fluide
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B. Les hétérogénéités physiques du manteau: lois de vitesse
- Vp et Vs s’expriment en fonction des
paramètres élastiques de Lamé (λ = 1er
coefficient de Lamé, et μ = 2nd coefficient
de Lamé = module de cisaillement) et de
la densité ρ.
- Temps de parcours: en première
approximation, ne dépend pas de la
position géographique du séisme et de la
station, seulement de la distance
épicentrale D
- La vitesse locale varie donc
essentiellement avec la profondeur
- Modèle moyen de Terre avec des
millions de temps de parcours
D
t

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Plan/2
S4 2015-2016 STE
A. Introduction: La structure profonde du globe et la convection
B. Les hétérogénéités physiques du manteau: lois de vitesse (suite)
C. Les plaques plongeantes
D. Tomographie globale
-Manteau supérieur
-Manteau inférieur
E. Les points chauds
2. Structure interne du Globe
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B. Les hétérogénéités physiques du manteau: lois de vitesse
Remarques:
hodochrone droite
des ondes de
surface –les
autres: courbes

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B. Les hétérogénéités physiques du manteau: lois de vitesse
B
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B. Les hétérogénéités physiques du manteau: lois de vitesse ->
TOMOGRAPHIE
- Avec le Modèle 1D: Temps de parcours théorique peut être calculé ->
Anomalie de temps de parcours DT déduit, dépendant de la position du
séisme et de la station
- Ex: T ~600 s (D= 50°) -> DT ~1 à ~2 s
- Anomalie quelque part le long du rai…
A’B’
Vitesse locale V = Vo + δV
Vo vitesse dans le modèle à la profondeur
considérée
Si δV/Vo = + 1% dans la zone R, l’onde voyage
plus vite que dans le modèle, donc:
Anomalie négative δtAB/Tp = [δV/Vo] x A’B’/AB,
typiquement de l’ordre de 1/1000ème
R
A
B
Inversion d’un énorme système linéaire d’équation où les inconnues sont les
perturbations de « lenteur » (l’inverse de la vitesse) dans chacun des blocs du
modèle, les données les anomalies de temps, les coefficients la longueur du rai
dans le bloc.
Pour aller plus loin… « Biais anisotrope en tomographie »: voir article M. Granet, 1998
TOMOGRAPHIE SISMIQUE

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C. Les plaques
plongeantes
Faccenna et al., EPSL, 2006
Tomographie sismique
(Piromallo & Morelli, 2003)
Pour l’interprétation:
- mesures sur péridotites ->
sensibilité de V à la
température -> modèle obtenu
par estimation de la structure
thermique -> δV
- écarts relatifs de vitesse:
souvent : +/- 5%
- âge de la plaque subduite +
vitesse: connues
- phases de l’olivine:
- 410 km : olivine β –>
spinelle, exothermique
- 660 km: spinelle ->
perovskite, endothermique
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C. Les plaques plongeantes
Température minimale dans la plaque:
d’autant plus basse que la plaque est
vieille et que la plaque plonge vite
L = [V x âge /10]
T > 600-800°C suivant profondeur
-> ne reste que la tomographie pour voir
les slabs!
L
Passage dans le manteau
inférieur: souvent:
-> Transition de phase
-> changement de
viscosité (X 30)
P Ý-> V Ý
T Ý-> V ß