Cours M2 - Nancy / partie 1

Révolution industrielle en géodynamique

Produire mais pourquoi faire ?

Modélisation de la Dynamique du Manteau terrestre

Nicolas Coltice – Lyon

coltice@univ-lyon1.fr

Workshop intergalactique de Nancy 2010 – 9.11.2010 

- Philosophie du manteau profond

Workshop intergalactique de Nancy 2010 – 9.11.2010 

- Philosophie du manteau profond

Quelle est la structure du manteau terrestre, comment fonctionne-t-il ?Les scientifiques les plus inventifs proposeront leurs modèles et les soumettront à la vindicte populaire

Une frontière infranchissable

La limite manteau supérieur - manteau inférieur

Allègre et al., Geophys. Res. Lett. 23, 3555-3557 (1996)

Des grumeaux

Davies, J. Geophys. Res. 89, 6017–6040 (1984)

Une « lava-lamp »

Kellogg et al., Science 283, 1881 - 1884 (1999)

Une poubelle

Christensen & Hofmann, J. Geophys. Res., 99, 19867(1994)

Une cafetière

Bercovici et Karato, Nature 425, 39-44 (2003)

Le manteau névrosé

Boyet et Carlson, Earth Planet. Sci. Letters, 250, 254-268 (2006)

Le coffre fort

Labrosse et al., Nature 450, 866-868 (2007)

Votons !!

Forces et faiblesses

Difficultés du chantier

Alors comment réaliser un modèle ?

Un modèle n’est pas un test d’hypothèse

Il doit permettre de réaliser des prédictions indépendantes des observations qui ont servi à le construire…

Outil de prédiction #1

modèle de boîte

• Conserver les espèces chimiques

• Relier les flux entre réservoirs à leurs compositions moyennes

Problème : pas de physique

Outil de prédiction #2

modèle géodynamique

Nakagawa & Tackley, 2004

Résoudre des équations de conservation contenant explicitement les termes de transports locaux

Problème #1 : modéliser la physique du fractionnement

30% des éléments incompatibles(producteurs de chaleur) sont dans la croûte continentale

Comment modéliser le transfert

d’éléments lors de la formation des

continents ?

Problème #2 : la diffusion

La diffusion chimique dans les solides est extrêmement faible

Mais il faut la prendre en compte

sinon pas de mélange possible

Problème #3 : numérique…• Méthode 1 : résoudre l’équation de

transport d’un champ chimique• Méthode 2 : advecter des traceurs

Dans les deux cas : dispersion de

l’erreur sur des simulations très

(trop?) longues

Comment construire de meilleurs outils ?

• Intégrer de la physique dans les modèles de boîtes

• Intégrer les processus microscopiques dans les modèles de convection