PARTIE 2 | La Terre interne actuelle
La résolution numérique d’équations par ordinateur est limitée par la puissance et les
techniques. Elle ne permet pas toujours de prendre en compte des fluides dont la viscosité
varie très fortement. Les expériences analogues n’ont pas ce problème et peuvent explorer
des propriétés physiques extrêmes.
Par opposition, la modélisation physique et numérique conçoit le modèle dans un
monde abstrait, conçu par l’humain : les mathématiques. Tout est ainsi sous contrôle,
mais possiblement un tel système n’existe pas dans la nature. C’est en tout cas un
outil très utile pour étudier la convection du manteau. Les équations sont impossibles
à résoudre à la main. On utilise donc des ordinateurs pour trouver des solutions approchées, comme pour le climat ou la météo, et on obtient des manteaux terrestres
virtuels (figure 7.15).
Figure 7.15
Exemple de
solution numérique
d’un modèle de
convection du
manteau terrestre.
■ Anne Davaille est
une scientifique française travaillant actuellement à l'université
Paris Sud. Elle réalise
des expériences de
convection en laboratoire en dénichant des
fluides aux propriétés
adéquates avec beaucoup d'ingéniosité.
Récemment, elle a réalisé avec son équipe
des expériences avec
des fluides pouvant se
comporter comme les
plaques tectoniques.
Les morceaux jaunes représentent des lithosphères continentales. En rouge,
une isotherme chaude permet de visualiser les panaches chauds. En bleuté,
une isotherme froide montre les courants froids (plaques en subduction).
Les expériences et les modélisations numériques sont en bon accord, montrant une
dynamique très différente de celle de la convection dans la casserole d’eau : il n’y
a ici aucune turbulence ni tourbillon. La difficulté du problème est de prendre en
compte la complexité de la viscosité des roches. Depuis 10 à 20 ans, des progrès ont
été réalisés dans les expériences, avec des fluides contenant de très fines particules,
mais aussi dans les calculs numériques. Des résultats de plus en plus réalistes sont
produits, permettant notamment de relier les mouvements du manteau profond avec
les déformations observées par les géologues en surface.
2.4 Convection, tectonique et magmatisme
Le phénomène de convection dans le manteau terrestre a été proposé dès 1930 par
un chercheur écossais : Arthur Holmes. Après la découverte de la radioactivité
(1896), il fut évident pour lui que les roches produisaient une grande quantité de
chaleur que la planète doit évacuer. Il fit le lien entre les mouvements du manteau et
leurs manifestations en surface (figure 7.17) : les continents dérivent, attirés par les
courants froids qui plongent jusqu’à rentrer en collision et former des montagnes.
Au niveau des courants chauds ascendants apparaîtraient des volcans expulsant des
laves. Son idée était corroborée par des arguments géologiques, comme la présence
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La résolution numérique d’équations par ordinateur est limitée par la puissance et les
techniques. Elle ne permet pas toujours de prendre en compte des fluides dont la viscosité
varie très fortement. Les expériences analogues n’ont pas ce problème et peuvent explorer
des propriétés physiques extrêmes.
Par opposition, la modélisation physique et numérique conçoit le modèle dans un
monde abstrait, conçu par l’humain : les mathématiques. Tout est ainsi sous contrôle,
mais possiblement un tel système n’existe pas dans la nature. C’est en tout cas un
outil très utile pour étudier la convection du manteau. Les équations sont impossibles
à résoudre à la main. On utilise donc des ordinateurs pour trouver des solutions approchées, comme pour le climat ou la météo, et on obtient des manteaux terrestres
virtuels (figure 7.15).
Figure 7.15
Exemple de
solution numérique
d’un modèle de
convection du
manteau terrestre.
■ Anne Davaille est
une scientifique française travaillant actuellement à l'université
Paris Sud. Elle réalise
des expériences de
convection en laboratoire en dénichant des
fluides aux propriétés
adéquates avec beaucoup d'ingéniosité.
Récemment, elle a réalisé avec son équipe
des expériences avec
des fluides pouvant se
comporter comme les
plaques tectoniques.
Les morceaux jaunes représentent des lithosphères continentales. En rouge,
une isotherme chaude permet de visualiser les panaches chauds. En bleuté,
une isotherme froide montre les courants froids (plaques en subduction).
Les expériences et les modélisations numériques sont en bon accord, montrant une
dynamique très différente de celle de la convection dans la casserole d’eau : il n’y
a ici aucune turbulence ni tourbillon. La difficulté du problème est de prendre en
compte la complexité de la viscosité des roches. Depuis 10 à 20 ans, des progrès ont
été réalisés dans les expériences, avec des fluides contenant de très fines particules,
mais aussi dans les calculs numériques. Des résultats de plus en plus réalistes sont
produits, permettant notamment de relier les mouvements du manteau profond avec
les déformations observées par les géologues en surface.
2.4 Convection, tectonique et magmatisme
Le phénomène de convection dans le manteau terrestre a été proposé dès 1930 par
un chercheur écossais : Arthur Holmes. Après la découverte de la radioactivité
(1896), il fut évident pour lui que les roches produisaient une grande quantité de
chaleur que la planète doit évacuer. Il fit le lien entre les mouvements du manteau et
leurs manifestations en surface (figure 7.17) : les continents dérivent, attirés par les
courants froids qui plongent jusqu’à rentrer en collision et former des montagnes.
Au niveau des courants chauds ascendants apparaîtraient des volcans expulsant des
laves. Son idée était corroborée par des arguments géologiques, comme la présence
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