Localisation de la déformation intraplaque due à l'anisotropie visqueuse de l'olivine dans le manteau lithosphérique

Intraplate strain localization due to olivine viscous anisotropy in the lithospheric mantle

• Auteur / Autrice : Lucan Mameri Calcagno de Oliveira
• Direction : Andréa Tommasi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 28/02/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Anne Davaille
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andréa Tommasi, Anne Davaille, Boris Kaus, Olivier Castelnau, Javier Signorelli, Fanny Clémentine Garel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Boris Kaus, Olivier Castelnau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terre -- Manteau

Tectonique des plaques

Anisotropie

Mots clés libres

Anisotropie mécanique

Manteau

Tectonique de plaques

Olivine OPR

Localisation de la déformation

Sismicité intraplaque

Mechanical Anisotropy

Mantle

Plate Tectonics

Olivine CPO

Localized Deformation

Intraplate seismicity

Résumé

La génération de plaques tectoniques implique une localisation efficace de la déformation dans la lithosphère pendant de longues périodes. Dans cette thèse, j'ai quantifié la contribution de l'anisotropie visqueuse due aux orientations préférentielles de réseau (OPR) de l'olivine dans le manteau lithosphérique sur la localisation de la déformation à l'échelle de la plaque. Dans un premier temps, j'ai réalisé des expériences numériques en utilisant des modèles de plasticité polycristalline viscoplastique auto-cohérente pour évaluer la magnitude et les paramètres de contrôle de l'anisotropie visqueuse induite par l'olivine à l'échelle de la roche. J'ai comparé leurs prédictions aux données expérimentales afin de valider les résultats du modèle. Ensuite, une paramétrisation basée sur ces modèles a été développée et implémentée dans un code géodynamique 3D pour étudier la réactivation structurale associée aux zones de cisaillement fossilisées dans le manteau et le rôle possible de l'anisotropie visqueuse sur le développement de la sismicité linéaire dans les domaines intraplaques.Les résultats montrent que l'activation des mécanismes secondaires à l'échelle de la roche contribue fortement à réduire la magnitude de l'anisotropie visqueuse dans les roches mantelliques. Les conditions aux limites imposées sont un paramètre important qui régule l'anisotropie visqueuse induite par la OPR à l'échelle de roches et de plaques. La présence de OPR olivine dans le manteau lithosphérique entraîne une forte dépendance directionnelle de la localisation de la déformation dans les zones de cisaillement fossile du manteau, qui, si elles sont bien orientées pour être réactivées, induisent une déformation localisée dans toute la lithosphère.

The generation of earth-like plates implies efficient strain localization in the lithosphere for long times-spans. In this thesis, I quantified the contribution of viscous anisotropy due to crystal preferred orientations (CPO) of olivine in the lithospheric mantle on strain localization and deformation at the plate- scale. First, I performed numerical experiments using viscoplastic self- consistent polycrystal plasticity models to evaluate the magnitude and controlling parameters of olivine-induced viscous anisotropy at the rock- scale and compared their predictions to experimental data to validate the model results. Then a parameterization based on these models has been developed and implemented in a 3D geodynamical code to study structural reactivation associated with fossil shear zones and the possible role of viscous anisotropy on the development of linear seismicity in intraplate settings.The results show that activation of secondary mechanism at the rock scale greatly contributes to reducing the extent of viscous anisotropy in mantle rocks. The imposed boundary conditions are an important parameter regulating the CPO-induced viscous anisotropy at both rock- and plate scale. The presence of olivine CPO in the lithospheric mantle lead to strong directional dependence of the strain localization in fossil mantle shear zones, which, If well oriented to be reactivated, it induces strain localization in the entire lithosphere.