Analyse tectonique de la surface des modèles de convection mantellique

La theorie de la tectonique des plaques permet de decrire les mouvements de premier ordre qui operent a la surface de la Terre. S'il est acquis que la convection dans le manteau terrestre en est le moteur, les liens entre les phenomenes profonds et les caracteristiques tectoniques de la surface restent largement meconnus. Jusqu'a tres recemment, les modeles de convection du manteau terrestre ne produisaient pas de tectonique de surface pouvant etre comparee a celle de la Terre. Recemment, des modeles globaux de convection qui reproduisent une tectonique de surface comparable a la Terre au premier ordre ont ete mis au point. Ces modeles produisent des courants mantelliques ascendants et descendants de grande echelle et des deformations localisees en surface dans les zones de divergence et les zones de convergence. Ils generent une expansion des fonds oceaniques de maniere auto-coherente proche de celle reconstruite pour les 200 derniers millions d'annees de l'histoire de la Terre et une derive de continents similaire a celle observee grâce au paleomagnetisme. Cette these s'inscrit parmi les premieres tentatives d'utilisation de modeles de convection spheriques auto-organises a des fins de comprehension de la tectonique de surface. La tectonique produite dans ce type de modeles de convection sera caracterisee finement a travers l'etude des limites de plaques, de leur agencement et de leurs vitesses de deplacement. L'objectif est de pouvoir comparer qualitativement et quantitativement les resultats des calculs de convection avec les reconstructions des mouvements de la surface terrestre grâce a la tectonique des plaques et aux observations de terrain. Dans cette optique, les limites tectoniques ont ete definies a la main dans un premier temps afin de comprendre la physique qui gouverne l'agencement caracteristique des plaques tectoniques terrestres. En effet, celle-ci est composee de sept grandes plaques et plusieurs petites dont la repartition statistique indique deux processus de mise en place distincts. Nous avons determine les processus responsables de la mise en place de l'agencement caracteristique des plaques tectoniques en surface en faisant varier la resistance de la lithosphere. Plus la lithosphere est resistante, plus la longueur totale et la courbure des zones de subduction diminue a la surface des modeles. Cela s'accompagne egalement d'une diminution du nombre de petites plaques. En etudiant la fragmentation au niveau des jonctions triples, nous avons montre que les petites plaques etaient associees aux geometries courbees des fosses oceaniques. En revanche, les grandes plaques sont controlees par les grandes longueurs d'onde de la convection mantellique. Ces deux processus impliquent deux temps de reorganisation, c'est-a-dire l'apparition et la disparition d'une plaque plongeante dans le manteau terrestre (environ 100 millions d'annees) pour les grandes plaques, alors que l'echelle de temps de reorganisation des petites plaques depend des mouvements des fosses et est ainsi plus rapide d'un ordre de grandeur. Afin d'effectuer des analyses quantitatives rapides, des methodes d'analyse automatique de la surface et de l'interieur des modeles ont ete developpees. La premiere technique concerne la detection automatique des plaques tectoniques a la surface des modeles (ADOPT). ADOPT est un outil de detection base sur une technique de segmentation d'images utilisee pour detecter des bassins versants. Les champs a la surface des modeles sont transformes en reliefs, soit directement, soit apres un processus de filtrage. Cette detection permet d'obtenir des polygones de plaques comparable aux analyses realisees a la main. Une autre technique de detection a ete mise au point pour etudier les panaches mantelliques [etc.]