Schéma du dispositif expérimental.


Dans les expériences précédentes, seul le comportement de la croûte était modélisé. Avec les expériences quadricouches, on tente de modéliser l’ensemble du comportement de la lithosphère (croûte + manteau supérieur), soit l’ensemble constituant les "plaques". Une cinquième couche représente l'asthénosphère.

Représentation de l'asthénosphère
Le modèle est installé dans une boîte en plexiglas de dimensions 50cm x 20cm x 10cm. Dans cette boîte, l’expérimentateur dépose d’abord une couche de polytungstate de sodium (niveau très ductile de l’asthénosphère). Cette couche est le support de l’expérience, dite quadricouche, tout comme l’asthénosphère est le support des plaques. Cinq couches sont en réalité déposées.


Représentation de la lithosphère
• Une première couche de silicone (niveau ductile du manteau supérieur).
• Ensuite, à l’aide d’un tamis, on dépose des couches de sables secs (niveau fragile du manteau supérieur).
• Une nouvelle couche de silicone (niveau ductile de la croûte).
• De nouvelles couches de sables secs (niveau fragile de la croûte).

Enfin, un quadrillage est dessiné au sable blanc sur la surface du modèle. Il servira de repère et permettra de suivre la déformation de la surface du modèle au cours de l’expérience.

L’extension est transmise latéralement par le déplacement d’un piston de 20 cm de large, solidaire de deux fines parois latérales de 20 cm de long qui coulissent le long des murs latéraux fixes de la boîte.

Ces parois créent deux discontinuités de vitesse latérales (DVL) au centre du modèle, les parties ductiles en silicone adhérant totalement avec celles-ci.

Le niveau de polytungstate de sodium représentant l’asthénosphère communique avec un réservoir par un orifice percé à la base du piston mobile afin que son niveau reste constant pendant la durée de l’expérience.

L’expérience dure cinq heures, la vitesse étant de l’ordre du centimètre par heure. Au cours de l’expérience, la surface du modèle peut être photographiée régulièrement. Les marqueurs tracés à la surface du modèle donnent une idée générale de l’évolution de la déformation.

Pour obtenir une information précise sur l’évolution de la topographie de surface, on utilise un appareil de mesure de distance par laser. Le laser se déplace rapidement au-dessus de la surface du modèle, à la façon d’un satellite survolant la Terre. Il transmet ainsi les valeurs du relief qu’il survole à un ordinateur qui produit des cartes et des coupes topographiques dont la précision est proche de la taille d’un grain de sable !

Avec ce dispositif, l’évolution des déformations en profondeur ne peut malheureusement pas être observée en continu. Or, l’évolution en profondeur est souvent très différente de sa traduction en surface. Il est cependant possible de faire une série de coupes parallèles à la fin de l’expérience. Après humidification des niveaux de sable par de l’eau glacée, la boîte contenant le modèle est placée au congélateur, le sable humide gèle, la silicone durcit et le polytungstate de sodium gèle. C’est d’ailleurs pour cette raison que l’on emploie préférentiellement du polytungstate de sodium qui gèle à -2°C à la place du sirop de glucose qui gèle à -30°C. En pratique, tout le dispositif est placé dans le congélateur avant le déroulement de l’expérience ce qui évite de bouger le modèle avant qu’il ne soit figé par le froid. La boîte en plastique est découpée avec le modèle congelé à l’aide d’une scie.

Comme dans le cas bicouche de l’expérience type, on observe la formation d’une faille normale permanente d’un côté du rift et une série de failles normales conjuguées de l’autre côté.

Les failles normales se prolongent jusqu'à la base du sable et l'interface sable-silicone est défléchie à leur approche. Le rift est asymétrique.

L’extension appliquée latéralement au centre du modèle localise l’amincissement en profondeur dans le manteau. Le mode de déformation du manteau supérieur fragile (sable) dépend du couplage existant entre celui-ci et la croûte ductile inférieure (silicone).

Si la résistance de la croûte ductile est forte par rapport à celle du manteau supérieur, l’amincissement de celui-ci peut aller jusqu'à la rupture en un point.

En revanche, si la résistance au cisaillement de la croûte ductile est faible, l’extension dans le manteau supérieur est permise, (l’expérimentateur dit : accommodée) par une série de failles normales conjuguées.

Consécutivement à l’amincissement du manteau, un diapir asthénosphérique se développe à l’aplomb de la zone d’amincissement maximum.