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Edition 2014


InterRift


Interprétation de la rupture continentale à partir du observations de surface

Interprétation de la rupture continentale des observations de surface
La rupture de la lithosphère continental est un processus fondamental qui contrôle l’évolution des continents et la naissance de bassins océaniques. En dépit de la place fondamentale de rifts dans la géologie de notre planète, il reste des questions de premier ordre : Quels sont les paramétrés clés qui régissent réussi ou échoue la rupture ? Dans quelle mesure est-elle du a la structure ci-dessus, comme un panache du manteau, ou une réponse passive aux forces tectoniques de champ lointain ?

Bref résumé du projet:
La zone du Rift d'Afrique de l'Est est la région la plus distinctive activement rifting sur notre planète. Dans la vallée du rift il y a des systèmes volcaniques actifs peut-être liée à une source profonde de manteau chaud qui est responsable de ce volcanisme et la rupture actuelle. Le fossé central dans notre compréhension est de savoir comment précisément les panaches thermiques et la lithosphère interagissent et, surtout, comment le changement dans la production de fusion et la lithosphère sont enregistrés dans les observations sismologiques et géochimiques. Les modèles numériques de l'évolution du rift ont généralement mis l'accent sur une comparaison qualitative avec l'évolution de la fissure. Ce projet se concentrera sur le développement de méthodes permettant d'interroger quantitativement les modèles numériques par rapport aux observations de la chimie ignée, de la sismologie du manteau et de la tectonique crustale.

Méthodes
Je vais développer des modèles géophysiques 3-D de la déformation du manteau où je vais prédire les effets de la fusion du manteau sur la structure sismique et géochimique de la Terre. Les modèles numériques actuels de l'état de l'art sont capables de modéliser la déformation du manteau à haute résolution, ce qui est nécessaire pour explorer la rupture continentale, mais on n'a pas encore accordé beaucoup d'attention à la manière dont l'état thermique du manteau prédit par des modèles numériques sont traduisent en observables de surface. En particulier, aucune étude en cours a simultanément comparé les caractéristiques sismiques et chimiques aux observations. Je vais développé des méthodes qui permettent la prédiction complète des principaux observables de sorte que les hypothèses de propriétés fondamentales telles que la température du manteau, la chimie et la fusion peut être évaluée. Cela permettra de répondre aux questions concernant l'importance relative des panaches thermiques par rapport aux processus de lithosphère-asthénosphère peu profonde dans le contrôle de la rupture.

Résultats

Après 18 mois:
1. La force de la croûte a un fort impact sur l'évolution de l'extension continentale et de la rupture. La croûte forte peut favoriser le rifting étroit focalisé tandis que les modes larges de faille sont dus à une architecture de croûte plus faible. Cela suggère que l'évolution de la Terre est contrôlée par plus que simplement la convection profonde du manteau, mais aussi la structure des 10 km les plus hauts. Ce travail a été soumis à la revue Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
2. Les processus de surface directement liés au changement climatique peuvent avoir un impact dramatique sur l'évolution de la rupture continentale. Un changement brusque de la charge de surface, dû par exemple à la déglaciation, augmentera la production de matière fondue et affaiblira la lithosphère. Cela pourrait modifier l'évolution de la marge rifted, mais d'autres travaux sont nécessaires pour explorer cette hypothèse. Ce travail est en cours et sera présenté cet été à la conférence EAGE à Paris, du 12 au 16 juin.

Perspectives

Le projet continue de mettre l'accent sur le développement de méthodes pour capter la fusion partielle et le transport de fusion pendant l'extension continentale. Il existe deux axes principaux:
1. Le développement de modèles de complexité réduite pour modéliser la migration de la fonte et la propagation des ondes sismiques.
2. Le développement de modèles numériques 3-D de la déformation du manteau capables de capturer les processus clés qui contrôlent la rupture: la génération de la fonte et la défaillance (affaiblissement) de la lithosphère supérieure.

Productions scientifiques et brevets

Publications dans la presse après 18 mois:
1. Taposeea,T.A., Armitage, J.J., Collier, J.S., (2016) Asthenosphere and lithosphere structure controls on early onset oceanic crust production in the southern South Atlantic. Tectonophysics, doi: 10.1016/j.tecto.2016.06.026
Conférences où le travail a été présenté:
1. Armitage, J.J., Goes, S, Hammond, J.O.S., IUGC Conference on Mathematical Geophysics : Quantitively testing numerical models of continental break-up, 6-10 June, 2016.
2. Armitage, J.J., Rifts III: Catching the wave, 2016: Upper mantle temperature during extension and breakup, Geological Society of London, 22-24 March, 2016.
3. Civiero, C., Goes, S., Armitage, J.J., Hammond, J.O.S., AGU Fall Meeting 2016 : Testing the seismic signature of upper-mantle plumelets: application to the Northern East-African Rift, DI41B-2637, December 15th, 2016
4. Andres Martinez, M., Perez Guissinye, M., Armitage , J.J., Morgan, J., AGU Fall Meeting 2016 : Relating modes of extension to the spatial and temporal distribution of major sediment unconformities at passive margins, T32C-01, December, 14th, 2016
5. Armitage, J.J., Petersen, K.D., Perez Guissinye, M., AGU Fall Meeting 2015: Testing How Depletion, Dehydration and Melt Affect Seismic Expressions of the Asthenosphere, T34C-01, December 16th, 2015.

Partenaires

IPGP Institut de Physique du Globe de Paris

Aide de l'ANR 450 000 euros
Début et durée du projet scientifique septembre 2015 - 48 mois

Résumé de soumission

L'extension et la rupture de la lithosphère continentale sont des phénomènes géologiques essentiels qui ont une influence déterminante sur l'évolution séculaire des continents et qui sont à l'origine des bassins océaniques. Ils sont aussi à l'origine d'importantes réserves d'hydrocarbure dans les fossés d'effondrement (les “rifts”). En dépit du rôle fondamental qu'ils jouent et de leur importance économique, ces phénomènes demeurent mal compris et plusieurs questions fondamentales restent sans réponses: quels sont les paramètres-clés qui décident du succès ou de l'arrêt prématuré de l'extension ? Quel est le moteur de l'extension, un panache ou une anomalie thermique superficielle du manteau, ou bien l'extension est-elle une conséquence locale de contraintes tectoniques à grande échelle ?

Les phénomènes qui mènent à la rupture d'un continent laissent de nombreux témoins sous la forme de roches plutoniques et sédimentaires. Les premières peuvent être déchiffrées grâce aux méthodes géochimiques et les secondes renseignent sur les déformations et les changements de topographie. On peut aussi caractériser l'état du manteau sous un “rift” actif grâce à la géophysique. Je suis un expert de la dynamique du manteau terrestre et ai développé des méthodes quantitatives pour tirer le maximum d'information de données géochimiques, géophysiques et sédimentologiques à partir de modèles physiques de l'extension. Les équipes scientifiques françaises sont parmi les meilleures au mode et les plus aguerries dans l'étude des phénomènes d'extension. Je projette de travailler avec plusieurs d'entre elles en apportant mes connaissances de géodynamique et mes codes de calcul.

En ce qui concerne l'extension et la rupture continentales, les inconnues les plus importantes sont la température initiale du manteau et le rôle joué par les magmas produits. Le lien entre extension et fusion est bien mis en évidence le long de la côte Atlantique dans trois provinces magmatiques actives au moment de l'ouverture de l'océan. Les lacunes les plus importantes dans nos connaissances portent sur les modalités de l'intéraction entre un panache et la lithosphère et sur la manière avec laquelle les changements du taux de production magmatique et de la résistance mécanique de la lithosphère sont enregistrés dans les roches et les structures de surface.

Mon projet consiste à développer des modèles physiques du comportement du manteau terrestre lors d'épisodes de “rifting” qui conduisent à des calculs précis des conséquences de la fusion. Les modèles les plus courants sont capables de reproduire les mouvements du manteau avec grande précision mais n'ont à ma connaissance pas été conçus pour calculer les conséquences sur les variables géophysiques et pour prédire les déformations de la surface. En particulier, personne n'a calculé simultanément les compositions des magmas formés et les anomalies de vitesses sismiques (et géophysiques) du manteau. C'est ce que je propose de faire en élaborant les calculs les plus complets possibles. La comparison avec les données devrait permettre de lever l'incertitude sur les conditions qui sont à l'origine de l'extension.

Je me concentrerai sur l'extrémité nord du rift East Africain, qui permet d'observer la transition entre l'extension continentale et le bassin océanique associé. C'est à l'heure actuelle le seul endroit sur Terre où l'extension peut être observée à l'oeuvre. Les nombreux volcans de ce rift établissent sans ambiguité le lien entre rupture continentale et formation de quantités importantes de magmas probablement dûe à un manteau anormalement chaud. Les nombreuses données de tous types (sismologique, géochimie, tectonique) qui sont nécessaires à la validation et l'utilisation de mes modèles quantitatifs y sont disponibles.

 

Programme ANR : Accueil de Chercheurs de Haut Niveau (@RAction) 2014

Référence projet : ANR-14-ACHN-0017

Coordinateur du projet :
Monsieur John Armitage (Institut de Physique du Globe de Paris)

Site internet du projet : https://sites.google.com/site/anrinterrift/

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.