OATAO - Open Archive Toulouse Archive Ouverte Open Access Week

Modélisation d'instabilités gravitaires au sein de la croûte partiellement fondue par une méthode de Volume-Of-Fluid

Louis-Napoléon, Aurélie. Modélisation d'instabilités gravitaires au sein de la croûte partiellement fondue par une méthode de Volume-Of-Fluid. PhD, Sciences de la Terre et des Planètes Solides, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2020

[img]
Preview
(Document in English)

PDF (Author's version) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
9MB

Abstract

Les instabilités gravitaires au sein des racines orogéniques partiellement fondues peuvent être à l'origine du développement de dômes de migmatites. Non seulement ces dômes peuvent concentrer des matériaux d’intérêt économique, mais une meilleure compréhension de leur formation présente un intérêt fort dans la connaissance de l’évolution et de la différenciation de la croûte terrestre. Bien que les forces horizontales peuvent être impliquées dans la formation de dômes, l’objectif de cette thèse consistait à regarder uniquement l’influence des forces verticales en étudiant la convection et le diapirisme. Pour cela, nous avions le choix entre deux codes, basés sur la méthode numérique de Volume-Of-Fluid (VOF): JADIM (code de l'IMFT) et OpenFOAM (open-source). Nous avons dans un premier temps montré que la méthode VOF est adaptée à la modélisation des instabilités gravitaires en comparant les résultats obtenus avec i) ceux de la littérature concernant les instabilités de Rayleigh-Taylor et de Rayleigh-Bénard, ii) ceux donnés par le code de géodynamique ASPECT. Nous avons trouvé que JADIM et OpenFOAM fournissent des résultats en bon accord avec ceux de la littérature et conservent mieux la masse qu'ASPECT. Nous avons choisi OpenFOAM pour la suite de ce travail car il est plus rapide que JADIM. Ensuite, nous avons appliqué la méthode VOF au contexte de formation des dômes de migmatites, en considérant plus particulièrement le cas de l'île de Naxos (Grèce). Ces dômes se sont formés entre 24 et 16 millions d'années et présentent une structure imbriquée de sous- dômes de 2 km dans un dôme majeur de 10 km. Des datations sur zircon ont montré que les roches ont subi une alternance de température d'une période de 2 Ma. Ces dômes sont intéressants car ils se sont formés récemment dans l'histoire de la Terre dans une zone orogénique, ils sont donc mieux préservés que les dômes plus anciens. Nous avons cherché à montrer que ces structures peuvent résulter d'épisodes convectif et diapirique. Nous avons d'abord considéré la croûte chaude comme un système constitué de trois couches horizontales. Ce système ne permet pas de former des dômes imbriqués par convection et diapirisme. En effet, les dômes formés au cours de la simulation sont détruits par la convection. Nous avons donc complexifié le système. Nous avons pris en compte le chauffage interne, la fusion partielle, la dépendance des rhéologies sur la température et le taux de déformation, et avons ajouté des hétérogénéités compositionnelles (inclusions). Tous ces éléments ont fait l'objet de tests paramétriques et nous permettent finalement de proposer deux scénarios pour expliquer la formation des dômes de Naxos : le premier fait émerger des diapirs composés d'inclusions au dessus de cellules convectives locales, formées lors de la ségrégation des inclusions lourdes et légères, tandis que le second scénario permet aux inclusions de s'élever pendant la disparition de la cellule convective globale pour former des dômes lors du refroidissement du système. Toutefois, ces scénarios n'excluent pas le rôle de forces latérales extérieures à la fin de l'orogène pour expliquer l'exhumation des dômes. Plus généralement, nous avons trouvé que les caractéristiques des dômes (taille et homogénéité) sont déterminées par leur mode de formation (présence d'inclusions, de convection ...). L'analyse dimensionnelle des systèmes avec fusion partielle nous a permis de distinguer plusieurs régimes convectifs et de déterminer les paramètres nécessaires à la sédimentation (vers le haut et vers la bas) des inclusions lors d'une convection crustale.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Bonometti, Thomas and Gerbault, Muriel
Statistics:download
Deposited On:01 Sep 2021 13:29

Repository Staff Only: item control page