IV - 4 Anomalies gravimétriquespageperso.univ-brest.fr/~grigne/COURS/L3BioSTU... · • le géoïde C.Grign´e - UE Terre Profonde 180. V - Dynamique du manteau

IV - 4 Anomalies gravimétriques

Relief non compensé

• Air libre : AAL > 0

• Bouguer : AB = 0

Relief compensé

• Air libre : AAL = 0

• Bouguer : AB < 0

◮ Anomalie de Bouguer : toutes les anomalies liées à la croûte

connue sont corrigées → on voit les anomalies sous le Moho

moyen

C.Grigne - UE Terre Profonde 170


Dorsales



Dorsales

¥ Anomalie à l’air libre (Free air) :

• Faible amplitude (-20 à +20 mGal)

• Correspond aux reliefs

• A grande longueur d’onde : indique qu’il y a équilibre isostatique(pas le cas dans l’Atlantique Nord → Raisons ?

- sédiments ?- relief de trop courte longueur d’onde pour être compensé ?)



Dorsales






¥ Anomalie de Bouguer :

• Décroît du plateau océanique vers la dorsale

◮ Indique un déficit de masse en profondeur



Dorsales






¥ Anomalie de Bouguer :

• Décroît du plateau océanique vers la dorsale

◮ Indique un déficit de masse en profondeur



Subduction



Subduction



Subduction



Subductions

¥ Anomalie à l’air libre fortement négative au-dessus de la fosse (-300 mGal)

◮ Traduit le déséquilibre isostatique −→ dynamique du manteau



Subductions

¥ Anomalie à l’air libre fortement négative au-dessus de la fosse (-300 mGal)

◮ Traduit le déséquilibre isostatique −→ dynamique du manteau

¥ Anomalie positive au niveau de l’arc volcanique

◮ Traduit la présence de la plaque en subduction et la transformation de la croûteocéanique en éclogite



Isostasie : rebond post-glaciaire

• Exemple : entre -80 000 ans et -10 000 ans, la Scandinavie était

couverte de 2.5 km de glace

◮ Surcharge et réponse élastique de la lithosphère

• Réchauffement climatique à -10 000 ans, fonte de la calotte glaciaire

◮ Soulèvement rapide de 50 cm/an à 1 cm/an

























◮ Anomalies gravimétriques :

• A l’installation de la calotte glaciaire, avant enfoncement : AAL > 0

• Pendant l’enfoncement : AAL diminue et tend vers zéro,

AB diminue

• Après la fonte des glaces : AAL < 0 et AB tend vers zéro


Anomalie de Bouguer de la France





Fortdéficit

Fort déficit

Excès

Excès

Faible déficit



Fortdéficit

Fort déficit

Excès

Excès

Faible déficit

• Fort déficit dans les Alpes etPyrénées :épaississement de la croûte

• Excès de masse dans le Golfe deGascogne et le Golfe du Lion :amincissement de la croûte

• Faible déficit vers Massif Central,Vosges et Pays de Bray : positiondu Moho


V - Dynamique du Manteau

1) Flux de chaleur

2) Bilan thermique

3) Géotherme

4) Convection thermique


V - Dynamique du manteau

¥ Variations latérales de densité dans le manteau profond vues par

• la tomographie sismique

• le géoïde





• le géoïde

¥ Des variations latérales de densité dans un milieu fluide créent des

déplacements





• le géoïde


déplacements

◮ Mouvements dans le manteau, dont la manifestation en surface est

la tectonique des plaques





• le géoïde


déplacements

◮ Mouvements dans le manteau, dont la manifestation en surface est

la tectonique des plaques

¥ Mouvements très lents (quelques cm par an), dans un milieu très

visqueux


V - 1 Flux de chaleur

¥ Gradient thermiquedT

dzen surface mesuré par des forages :

∼30 K pour 1 km





∼30 K pour 1 km

¥ Flux de chaleur : q = kdT

dzk : conductivité thermique (W.m−1.K−1)

q : W.m−2





∼30 K pour 1 km

¥ Flux de chaleur : q = kdT

dzk : conductivité thermique (W.m−1.K−1)

q : W.m−2



¥ Flux de chaleur important au niveau des dorsales et des chaînes de

montagne récentes

¥ Valeurs les plus faibles au-dessus des cratons anciens et des vieux

fonds océaniques

¥ Distribution complexe du flux de chaleur au-dessus des continents :

dépend de l’âge de la croûte, de la concentration en éléments

radioactifs, de l’épaisseur de la croûte...

¥ Distribution simple au niveau océanique : refroidissement en fonction

de l’âge de la lithosphère

◮ Flux océanique modélisé par un refroidissement par conduction


V - 1 Flux de chaleur océanique

¥ Equation de la chaleur pour la conduction :

ρCp∂T

∂t= k

∂2T

∂z2

8

>

>

<

>

>

:

ρ : masse volumique (kg.m−3)

Cp : capacité calorifique (J.K−1.kg−1)

k : conductivité thermique (W.K−1.m−1)




ρCp∂T

∂t= k

∂2T

∂z2

8

>

>

<

>

>

:




¥ En considérant que la plaque océanique se déplace avec une vitesse U , ladistance x par rapport à la dorsale est x = U t, où t est l’âge du plancherocéanique.




ρCp∂T

∂t= k

∂2T

∂z2

8

>

>

<

>

>

:





¥ L’équation ci-dessus permet de calculer un gradient thermique à la position x

(ou à l’âge t) tel quedT

dz= (Ti − T0)

ρCp U

πk x

!1/2

= (Ti − T0)

ρCp

πk t

!1/2

8

<

:

Ti : température à la base de la lithosphère(∼ 1300◦ C)

T0 : température en surface(∼ 0◦ C)




ρCp∂T

∂t= k

∂2T

∂z2

8

>

>

<

>

>

:







dz= (Ti − T0)

ρCp U

πk x

!1/2

= (Ti − T0)

ρCp

πk t

!1/2

8

<

:



0

20

40

60

80

100

120

140

Flu

x de

cha

leur

, mW

.m−2

0 1000 2000 3000 4000

Distance à la ride, km




ρCp∂T

∂t= k

∂2T

∂z2

8

>

>

<

>

>

:







dz= (Ti − T0)

ρCp U

πk x

!1/2

= (Ti − T0)

ρCp

πk t

!1/2

8

<

:



0

20

40

60

80

100

120

140

Flu

x de

cha

leur

, mW

.m−2

0 40 80 120 160

Age, Ma



¥ Flux de chaleur océanique facile à modéliser, pour des âges jusqu’à ∼80 Ma

(varie en1

p

âge)

◮ Flux de chaleur moyen océanique : proche de 100 mW.m−2

¥ Flux de chaleur continental : plus variable,mais en moyenne proche de 55 mW.m−2




(varie en1

p

âge)



• Le flux à la surface des continents est lié en grande partie aux élémentsradioactifs présents dans les continents

• Le flux de chaleur venant du manteau à la base des continents estfaible : 10-15 mW.m−2




(varie en1

p

âge)



• Le flux à la surface des continents est lié en grande partie aux élémentsradioactifs présents dans les continents

• Le flux de chaleur venant du manteau à la base des continents estfaible : 10-15 mW.m−2

◮ Perte totale de chaleur de la Terre : 4.2 × 1013 W = 42 TW

(le soleil dégage 7.1 × 1017 W)


V - 2 Bilan thermique

30 TW

origine radioact.: 14−15 TW

chaleur primordiale : 20 TW

10−15 mW/m 2

50−60 mW/m212 TW

2

42 TW

100 mW/m

6−7 TW


V - 2 Bilan thermique

Sur les 42 ± 4 TW :

¥ Au total : 22 TW dûs aux éléments radioactifs (U, Th et K)

• 14-15 TW dans le manteau

• 6-7 TW dans les continents

• Une petite partie dans le noyau ?

¥ Chaleur primodiale due à l’accrétion : 20 TW

• Chaleur latente libérée par cristallisation de la graine


Dynamique du manteau

1) Flux de chaleur

2) Bilan thermique

3) Géotherme

4) Convection thermique


V - 3 Géotherme

Définition : Modèle radial de variation de la température dans la Terre

en fonction de la profondeur

• Pas d’accès direct à la température en profondeur


V - 3 Géotherme




• Par forage, on sait que proche de la surface, la variation est de 30◦/km

• Ce gradient baisse rapidement avec la profondeur : à la base de la lithosphèreT≃ 1300◦ C


V - 3 Géotherme






• Pour construire le géotherme, on utilise des “points d’ancrage ”, donnés par lestransitions de phase


V - 3 Géotherme







Ol

γOl

β

Olivine αgé

othe

rme


V - 3 Géotherme







Ol

γOl

β

Olivine αgé

othe

rme


V - 3 Géotherme







◮ T≃ 1500◦C à 410 km

◮ T≃ 1650◦C à 660 km


V - 3 Géotherme

fer

Température, C

660

410

Fusion du

2000 4000 6000

2000

4000

6000

Pro

fond

eur,

km

Gradient adiabatique

Données :

• Gradient en surface

• Points d’ancragedes transitions

• T augmente avec lapression(gradientadiabatique≃ 0.3◦/km)

• Noyau doit être liquide

• Graine doit être solide


V - 3 Géotherme

fer

Température, C

660

410

Fusion du

2000 4000 6000

2000

4000

6000

Pro

fond

eur,

km



V - 3 Géotherme

fer

Pro

fond

eur,

km 2000

4000

6000

Température, C


660

410

Fusion du

2000 4000 6000


Remarque : Exploitation géothermique

Géothermie : Technique qui vise à exploiter la chaleur interne terrestre

• Exploitation directe quand il existe des sources chaudes : chauffage urbain, eauchaude courante, thermalisme.Ex.: Chaudes-Aigues, source à 82◦C

• Très basse énergie et basse énergie : aquifères à quelques centaines demètres de profondeur, utilisation de nappes phréatiques existantes,eau de 30 à 150◦C → Chauffage.

• Haute énergie : eau injectée à grande profondeur, 150 à 350◦C, sort sousforme vapeur pour alimenter des turbines→ Production d’électricité.














Documents

IV - 4 Anomalies gravimétriquespageperso.univ-brest.fr/~grigne/COURS/L3BioSTU... · • le géoïde C.Grign´e - UE Terre Profonde 180. V - Dynamique du manteau