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SALVADOR Arnaud

Sujet : « Les premiers pas de la Tectonique des Plaques : modèles géodynamiques en interaction avec l’atmosphère ».

  • Directrice de thèse : Anne Davaille (FAST) & co-encadrante : Hélène Massol (GEOPS).
  • Financement : MESR ordinaire.

L’évolution d’une planète est conditionnée par son histoire thermique, qui elle-même dépend des phénomènes de convection dans ses enveloppes solide et fluides, et du couplage entre celles-ci. Outre la séquence d’accrétion, ce sont la température et le contenu en volatils du système couplé océan de magma - atmosphère qui vont déterminer le refroidissement et la solidification de la planète primitive, et donner la condition initiale des différents régimes géodynamiques observés actuellement dans le système solaire : Tectonique des plaques, océans et vie sur Terre, volcanisme intense, resurfacing et atmosphère dense sur Venus, ou encore une planète Mars peu
active et pratiquement sans atmosphère. Le choix du régime dynamique va dépendre de la rhéologie du manteau de la planète. Celle-ci est complexe, allant de ductile à cassante en fonction de la température, de la contrainte, et du contenu en volatils (ex : eau), et la convection dans ce type de fluide est encore mal connue. Nous avons récemment réussi à reproduire la Tectonique des Plaques en laboratoire, en utilisant des dispersions colloïdales. Mais toute une succession de régimes différents a aussi été observée. Les objectifs de ce projet sont donc doubles : 1) d’une part continuer l’étude expérimentale pour déterminer le diagramme de phase et caractériser quantitativement les différents régimes convectifs à l’aide de lois d’échelle (en particulier pour les transferts de chaleur et de masse) ; 2) d’autre part , utiliser ces lois dans la modélisation numérique 1D de l’évolution d’un océan de magma en interaction avec une atmosphère. Ce travail s’appuiera sur un code numérique déjà développé dans notre équipe pluridisciplinaire, et qu’il faudra modifier pour prendre en compte l’influence de différents paramètres (e. g. : flux de chaleur à la limite noyau/manteau, flux de chaleur radiogénique, effet de la cristallisation et des volatils sur la rhéologie) sur l’évolution de l’océan de magma, la transition océan de magma - convection à l’état solide, et le premier milliard d’années du manteau solide. Il s’agira de déterminer les scénarios et conditions en température et volatils pouvant mener aux différents régimes de convection observés dans les planètes telluriques.