moteur mode emploi plan du site sommaire





Dimension des cellules
Un ou deux niveaux de convection ?
Expérimenter devient nécessaire



CNRS-GZomanips

À 1250 km de profondeur, des masses chaudes et moins chaudes sont animées de mouvements ascendants et descendants. Les très belles et performantes images des géophysiciens restent fixes, elles n'ont pas encore livré le film de ces mouvements; des expériences en laboratoire seront utiles.

Si l'on s'accorde sur l'existence de mouvements de matière dans le manteau correspondant à des cellules de convection, des débats agitent les diverses spécialités de la communauté scientifique impliquée dans ce domaine de recherche très actuel. En tenant compte des images de la tomographie sismique, des analyses géochimiques des laves, de l'ascension de matériaux chauds, quel modèle de convection adopter ?




Dimension des cellules
Un ou deux niveaux de convection ?
Expérimenter devient nécessaire


 

 

Les lois de la physique disent que dans un système convectif, les cellules ont toutes des tailles horizontales et verticales comparables. Si les plaques correspondent aux cellules, on s'interroge car la dimension des plaques varie de 1000 km pour la plaque Cocos à 10 000  km pour la plaque Pacifique. Si on peut dessiner les cellules qui animent chacune des plaques, considérée individuellement, il reste difficile de rendre cohérent l'ensemble des mouvements.
On ne dispose donc pas encore d'un schéma global, en trois dimensions, qui fasse coïncider la convection profonde avec la cinématique de surface.



 



 



Dimension des cellules
Un ou deux niveaux de convection ?
Expérimenter devient nécessaire



Deux modèles extrêmes proposés pour le manteau


Deux modèles de répartition des cellules de convection


Une proposition de synthèse

Le manteau est-il brassé dans sa totalité par une seule série de cellules de convection ?

Cela satisfait certains tectoniciens et sismologues qui «voient» par la tomographie des plaques descendre jusqu'à la base du manteau.

Mais, les géochimistes et des sismologues, les premiers en analysant les laves, les seconds en détectant une discontinuité marquée à 670 km, proposent un manteau à deux couches (manteau supérieur et manteau inférieur). Le manteau serait-il alors agité de convection sur deux niveaux, chacun animé d'une série de cellules de convection ? Le magma des dorsales (MORB) proviendrait du manteau supérieur, celui des points chauds (OIB) se formerait à partir d'un matériel venu de plus de 670 km de profondeur, voire de 2900 km, à la limite manteau-noyau.

Les deux disciplines ne travaillent pas aux mêmes échelles de temps : la géochimie considère des millions d'années car l'évolution des magmas peut s'étendre sur de telles durées, la sismologie, elle, trace des images instantanées. Il se pourrait que le manteau, initialement en deux couches, ait évolué depuis 1 milliard d'années seulement vers un système à une seule couche et un brassage général.

On peut aussi interpréter les données en supposant que le manteau terrestre est bien constitué de deux réservoirs différents, de densités très voisines. Sous l'effet de la convection, l'interface entre ces deux réservoirs se déformerait, générant dômes et panaches sans toutefois aboutir à un mélange complet depuis les 4,5 milliards d'années de l'histoire de la Terre, mais le mélange se poursuit... Ce modèle offre au géochimiste deux réservoirs séparés, susceptibles de produire des laves de compositions différentes et au sismologue la possibilité pour une plaque plongeante de descendre dans l'ensemble du manteau ainsi que le voit la tomographie. Le manteau, sous l'influence de la température et de la composition de ses matériaux, serait en «convection thermo-chimique».



 







Dimension des cellules
Un ou deux niveaux de convection ?
Expérimenter devient nécessaire



Retenons que les diverses études géophysiques et les lois de la physique nous assurent que le manteau solide et chaud se déforme sur des échelles de temps très longues et qu'il est considéré depuis la moitié du XXe siècle comme un fluide très visqueux qui convecte lentement, formant de grandes cellules.

Par ailleurs, l'active et stable circulation verticale créant les volcans de points chauds perçant les plaques est indéniable.

Ainsi, désormais la convection associe les mouvement descendants des plaques plongeantes, bi-dimensionnelles, et les courants montants des dômes et panaches, tridimensionnels.

Nous allons découvrir, en suivant un travail de recherche, l'une des réponses possibles à cette question : comment concilier l'existence de panaches verticaux fixes issus des profondeurs avec des cellules de convection ?

Des expériences analogiques et des calculs capables de reproduire les mouvements convectifs terrestres et de préciser la valeur des grandeurs mises en jeu sont conçus et réalisés en laboratoire.

Quelques sites bien illustrés




 





CNRS-GZomanips