Deux aspects de l'influence des continents sur le manteau terrestre : initiation de la subduction : effet thermique des racines continentales
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis presents two effects of continents on the terrestrial mantle. In a first part, we present a model of subduction initiation where the sinking of the lithosphere starts at passive margins. The continental crust is less dense and thicker than its oceanic counterpart, and is therefore elevated with respect to the oceanic floor. Lateral stresses associated with this topography difference are large enough to induce an extension of the continental crust, which spreads over the adjacent oceanic lithosphere. The latter deflects and in certain conditions, it may subduct. We study this process with laboratory experiments and theoretical calculations. The oceanic lithosphere is modelled by an elastic plate, and the continent and asthenosphere by viscous fluids. We find that the transition from a passive to an active margin depends on the properties of both the oceanic lithosphere and the adjacent continental crust. Our model also has implications for some characteristics of passive margins. In a second part, we study the thermal effect of continental roots. We present new surface heat flux determinations in the northern part of the Canadian Shield, which define a large zone of low heat flux. A joint modelling of heat flux data and tomographic data at the scate of the Shield shows variations of the heat flux at the base of the lithosphere, associated with changes of lithospheric thickness. It also indicates that potential temperature beneath the Shield is comparable to the one estimated in oceanic domains. The basal heat flux is consistent with small-scale convection for a mantle deforming by wet dislocation.
Abstract FR:
Cette thèse présente deux effets des continents sur le manteau terrestre. Une première partie porte sur l'initiation de la subduction. Nous proposons un modèle où la plongée de la lithosphère démarre au niveau des marges passives. La croûte continentale, peu dense et épaisse, présente une élévation par rapport au plancher océanique. Il en résulte des contraintes suffisantes pour induire son étalement sur la lithosphère océanique. La plaque océanique se fléchit alors et peut, dans certaines conditions, subducter. Nous étudions ce mécanisme par des expériences de laboratoire et des calculs théoriques. La lithosphère océanique est modélisée par une plaque élastique, le manteau sous-jacent et la croûte continentale par des fluides visqueux. Nous obtenons que la possibilité d'initier une subduction dépend à la fois des propriétés de la plaque océanique et de celles de la croûte continentale adjacente. Notre modèle explique par ailleurs certaines caractéristiques des marges passives. La seconde partie porte sur l'effet thermique des racines continentales. Nous présentons de nouvelles déterminations du flux de chaleur pour le nord du bouclier canadien, qui montrent une large zone à faible flux. Une modélisation conjointe des données de flux et de données tomographique à l'échelle du bouclier indique que le flux de chaleur à la base de la lithosphère présente des variations, associées à des changements d'épaisseur lithosphérique. Elle montre que la température potentielle sous le bouclier est comparable à celle estimée en domaine océanique. Le flux de chaleur basai est compatible avec une convection à petite échelle pour un manteau hydraté se déformant par dislocations.