Structure de la lithosphère continentale de l'Ouest USA : contribution des isotopes du Plomb,du Néodyme, et de l'Hafnium

Western U.S. continental lithosphere structure : contributions of lead, neodymium, and hafnium isotopes

• Auteur / Autrice : Romain Bouchet Bert Manoz
• Direction : Janne Blichert-Toft
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 15/04/2014
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janne Blichert-Toft, Hervé Martin, Helle Anette Pedersen, Ivan Vlastélic, Francis Albarède, Eric Debayle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Helle Anette Pedersen, Ivan Vlastélic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomographie sismique

Hafnium

Néodyme

Plomb

Mots clés libres

Isotopes du Pb

Isotopes du Nd

Isotopes de l'Hf

Tomographie sismique

Fonctions récepteur

Croûte continentale

Manteau lithosphérique sub-continental

Pb isotopes

Nf isotopes

Hf isotopes

Seismic tomography

Reciever functions

Continental crust

Sub-continental lithospheric mantle

Résumé

La lithosphère continentale est physiquement et chimiquement segmentée. La cartographie des isotopes radiogéniques de roches plutoniques acides, représentatives de la croûte continentale, et de laves basiques, représentatives du manteau, possède des similarités avec la cartographie sismique de la lithosphère sous-jacente. Ces similitudes permettent d’interpréter les observations sismiques en étudiant leurs caractéristiques chimiques et leur âge. Les isotopes du plomb permettent de dater et d’identifier l’empilement de segments crustaux qui forment la croûte. L’écart des âges modèles du plomb avec d’autres systèmes identifie le recyclage crustal et le réchauffement de la croûte au dessus de la température du système plomb-plomb. Le système plomb-plomb donne également accès au sous-étudié rapport Th/U qui contraint la profondeur de la source des roches continentales. Certains échantillons de l’ouest U.S.A. proviennent de la croute inférieure, et se sont formés par l’extension crustale ou par un flux de matériel au sein de la croûte. Les isotopes du néodyme et de l’hafnium marquent la fusion du manteau lithosphérique enrichis sous le Colorado Plateau, une région où est observée le détachement du manteau lithosphérique sub-continental. Ce manteau fond par décompression adiabatique, par extension localisée ou remontée asthénosphérique engendrée par la convection locale. Au final, l’association des systèmes isotopiques du plomb, du néodyme, et de l’hafnium avec la sismologie est une approche puissante pour étudier la formation et la déformation de la lithosphère continentale.

Continental lithosphere is physically and chemically segmented. The mapping at a continent size scale of radiogenic isotopes from plutonic acid rocks, sampling the continental crust, and from mafic lavas, sampling the mantle, has similarities with the seismic mapping of the underlying lithosphere. These similarities allow to interpret the seismic observations by studying their chemical characteristics and age. Lead isotopes are used to date and identify the stacking of crustal segments that form the crust. The deviation of Lead model ages with other system is used to identify crustal recycling and the heating of the crust above the Lead-Lead system closing temperature. The Lead-Lead system also give access to the under-studied Th/U ratio that constrains the depth of the continental rock sources. Somes samples from the Western U.S. are coming from the lower crust, formed by crustal extension or crustal flowing within the crust. Neodymium and Hafnium isotopes identify the fusion of an enriched lithospheric mantle under the Colorado Plateau, a place where lithospheric delamination has been observed. This mantle melts by adiabatic decompression due to localized expansion or asthenospheric upwelling caused by secondary convection. At the end, the merging of Lead, Neodymium, and Hafnium isotopic systems with seismology is a powerful tool to study the formation and deformation of the continental lithosphere.