Mélange et ségrégation dans le manteau terrestre : effet des hétérogénéités de viscosité et de densité
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
I used a numerical code of 2-D convection in order to study the creation and the survival of heterogeneities in mantle-like flows. Heterogeneities in the Earth's mantle could appear because of viscosity or density differences. I therefore focused more particularly on the influence of these two parameters on mixing. I studied the deformation of blobs X times more viscous than the surrounding fluid in various flows. If the blob is stretched in a constant direction (pure shear slow), stretching efficiency is proportional to (I + X)-̂1. However, in more complex and strongly time-dependent flows, efficiency becomes proportional to (1 + X)-̂2. The viscosity ratio plays then a major role and should enhance the survival of small viscous blobs in the mantle flow. Density differences between the two components of the subducted lithosphere (MORBs and harzburgite) induce a gavitational segregation of these two components inside the mantle. These components are thus prevented from mixing. I introduced the effect of phase transitions at 660 km in a mantle convection model. The MORB segregation takes place at the base of the lower mantle and, in some cases, at the base of the upper mantle too, forming a garnetite layer at 660 km. The harzburgite material accumulates at the top of the lower mantle just below the 660 km discontinuity. I studied the sensitivity of this petrological layering to average mantle temperature variations at 660 km depth and to Clapeyron slope variations in the garnet to perovskite transition.
Abstract FR:
J'ai utilisé un code numérique de convection à deux dimensions afin d'étudier la création et la préservation d'hétérogénéités dans des écoulements comparables à celui du manteau terrestre. Les hétérogénéités du manteau terrestre peuvent être caractérisées par des différences de viscosité ou des différences de densité. Je me suis donc plus particulièrement intéressé à l'influence de ces deux paramètres sur le mélange. J'ai étudié la déformation d'hétérogénéités X fois plus visqueuses que le fluide environnant dans divers types d'écoulements. Lorsque le fluide est étiré de manière continue (dans un cisaillement pur), l'efficacité de la déformation est proportionnelle à (1 + X)-̂l. Dans un écoulement plus complexe et fortement dépendant du temps, l'efficacité devient proportionnelle à (1 + X)-̂1. Le contraste de viscosité joue alors un rôle plus important et permettrait à des petites hétérogénéités visqueuses de résister au mélange à l'intérieur du manteau. Les différences de densités liées aux matériaux lithosphériques en subduction dans le manteau provoquent une ségrégation gravitaire de ces matériaux (MORBs et harzburgite). Ceux-ci sont alors pour un temps soustraits au mélange. J'ai introduit l'effet des transitions de phase à 660 km dans un modèle de convection mantellique. La ségrégation des MORBs prend place à la base du manteau inférieur et, dans certains cas, également à la base du manteau supérieur, formant ainsi une couche de grenat à 660 km. La ségrégation du matériel harzburgitique a lieu au sommet du manteau inférieur. J'ai étudié la sensibilité de cette stratification pétrologique aux variations de la température moyenne du manteau à 660 km de profondeur et aux variations de la pente de Clapeyron de la transition du grenat en pérovskite.