Influence de la structure « rhéologique » de la croûte continentale sur le rifting (application de Paravoz)

Problématique

Les processus qui mènent au rifting de la lithosphère ont déjà été bien étudiés, mais les problèmes liés, à l’asymétrie de la déformation ou à la dynamique de la transition rifting passif/rifting actif, restent encore mal contraints. La majeure partie des études précédentes prend en compte l’influence du gradient thermique ou des vitesses d’extension sur le moteur de déformation (passif/actif ; e.g.[Huismans, 1999]) de la lithosphère, ou de la loi rhéologique et de l’épaisseur initiale de la croûte sur son mode de déformation (asymétrique/symétrique ; e.g. [Braun et al., 1999; Buck, 1993; Frederiksen and Braun, 2001; Gueydan et al., 2003; Huismans and Beaumont, 2002 ; Lavier et al., 1999]) peu d’entre elles intègrent l’influence de la structure lithologique initiale de la croûte sur le rifting. Le but de cette courte étude est de comprendre l’influence de la structure de la croûte continentale sur la géométrie des bassins syn-rift et les taux de subsidence résultants de l’extension. Dans les modèles présentés ici, la croûte possède un à trois niveaux de composition chimique différente (Quartz, dioRite, Diabase) suivant des lois rhéologiques non-newtoniennes. Le couplage mécanique entre ces couches et avec le manteau supérieur évolue au cours du temps suivant l’état thermique de la lithosphère et du manteau. L’étude a été réalisée avec PARAVOZ (voire chapitre précédent), les résultats montrent que dès le début du rifting, l’emplacement, le nombre et la géométrie des grabens dépend du couplage entre les différents niveaux résistants de la lithosphère (croûte + manteau supérieur).

Mise en œuvre numérique

A _ Conditions initiales

Pour lancer une expérience numérique, il est nécessaire de fixer d’une part un géotherme initial et d’autre part, un champ de vitesses initiales. Le second est une interpolation des conditions aux limites décrites dans la partie suivante. Le géotherme initial appliqué ici correspond d’une part à la solution analytique conductive permettant d’obtenir un flux thermique de 30 mW/m2 à la base de la croûte et une température de 10°C en surface et d’autre part à un gradient adiabatique appliqué dès lors que la température atteint 1300°C (Figure 21). Une production thermique de 9×10-10W/m2 en surface, et décroissant exponentiellement sur une épaisseur caractéristique de 10km, est prise en compte dans le calcul du géotherme initial [Turcotte and Schubert, 2002]. Figure 21 Géotherme initial, solution stationnaire de l’équation de Fourrier en surface et la solution adiabatique en profondeur Influence de la structure de la croûte continentale sur le rifting 62 B _ Lithologie et paramètres rhéologiques Tableau 2 Paramètres rhéologiques des différentes lithologies utilisées pour cette étude Litho. φ(°) ψ(°) Co (Pa) λ (GPa) µ (Gpa) A (Mpa-n) E (kJ) n ρ (kgm-3) χ (Wm-1K-1) Ref. Quartz 30 0 2 107 30 30 2 104 140 2 2600 3.2 (1) dioRite 30 0 2 107 30 30 6.3 10-2 276 3.05 2900 3.2 (2) Diabase 30 0 2 107 30 30 1.9 102 485 4.7 2900 3.2 (2) Olivine 30 0 2 107 30 30 7 103 510 3 3300 3.2 (3) (1)[Hansen and Carter, 1982] (2)[Tsenn and Carter, 1987] (3)[Goetze and Evans, 1979] La même source de données a été utilisée pour la diorite et la diabase pour des raisons de consistance. En effet, certaines diabases de la littérature sont effectivement moins visqueuse que certaines diorites…

Conditions aux limites 

Une vitesse d’extension horizontale est appliquée aux limites des modèles. Son intensité varie avec la profondeur, depuis des vitesses élevées (2cm/an) en surface jusqu’à quelques mm/an dans l’asthénosphère (Figure 22). La diminution de vitesse se fait au niveau d’une zone de transition située à 120 km de profondeur. Cette profondeur correspond à la zone où le manteau est le moins résistant et où probablement un découplage existe entre la plaque dite « tectonique » et la géodynamique globale. En ce qui concernent le problème thermique, la température est fixée à 10°C en surface et à 1350°C à la base du modèle. Sur les bords latéraux une condition de flux nul est imposée (Figure 22). D _ Plan d’expérience Trois structures lithologiques de base ont été testées (Figure 23). Toutes ces structures possèdent des interfaces horizontales avec au sommet de la croûte du quartz et dans le manteau de l’olivine. Des couches de diorite et de diabase, toutes deux plus résistantes que le quartz à hautes températures, ont Figure 22 Conditions aux limites, mécaniques (à gauche) & thermique (à droite) Influence de la structure de la croûte continentale sur le rifting 63 été ajoutées à la configuration 2 pour constituer les configurations 1 et 3. Les profils rhéologiques initiaux sont présentés sous forme d’YSE (yield strength enveloppe) en Figure 23. Les paramètres rhéologiques des différentes lithologies précédemment citées se trouvent dans le Tableau 2.