Modélisation d’instabilités gravitaires au sein de la croûte partiellement fondue par une méthode de Volume-Of-Fluid

Soutenance de thèse d’Aurélie Louis-Napoléon, encadrée par Thomas Bonometti (IMFT), Muriel Gerbault, Olivier Vanderhaeghe et Roland Martin (GET)

Résumé:

Les instabilités gravitaires au sein des racines orogéniques partiellement fondues peuvent être à l’origine du développement de dômes de migmatites. Bien que les forces horizontales peuvent être impliquées dans la formation de dômes, l’objectif de cette thèse consistait à regarder uniquement l’influence des forces verticales en étudiant la convection et le diapirisme. Pour cela, nous avions le choix entre deux codes, basés sur la méthode numérique de Volume-Of-Fluid (VOF): JADIM (code de l’IMFT) et OpenFOAM (open-source).Nous avons dans un premier temps montré que la méthode VOF est adaptée à la modélisation des instabilités gravitaires en comparant les résultats obtenus avec i) ceux de la littérature concernant les instabilités de Rayleigh-Taylor et de Rayleigh-Bénard, ii) ceux donnés par le code de géodynamique ASPECT. Ensuite, nous avons appliqué la méthode VOF au contexte de formation des dômes de migmatites, en considérant plus particulièrement le dômes imbriqués de l’île de Naxos (Grèce). Nous avons cherché à montrer que ces structures peuvent résulter d’épisodes convectif et diapirique. Pour modéliser cela, nous avons pris en compte le chauffage interne, la fusion partielle, la dépendance des rhéologies sur la température et le taux de déformation, et avons ajouté des hétérogénéités compositionnelles (inclusions). Tous ces éléments ont fait l’objet de tests paramétriques et nous permettent finalement de proposer deux scénarios pour expliquer la formation des dômes de Naxos : le premier fait émerger des diapirs composés d’inclusions au dessus de cellules convectives locales, formées lors de la ségrégation des inclusions lourdes et légères, tandis que le second scénario permet aux inclusions de s’élever pendant la disparition de la cellule convective globale pour former des dômes lors du refroidissement du système. 
Toutefois, ces scénarios n’excluent pas le rôle de forces latérales extérieures à la fin de l’orogène pour expliquer l’exhumation des dômes. Plus généralement, nous avons trouvé que les caractéristiques des dômes (taille et homogénéité) sont déterminées par leur mode de formation (présence d’inclusions, de convection …). L’analyse dimensionnelle des systèmes avec fusion partielle nous a permis de distinguer plusieurs régimes convectifs et de déterminer les paramètres nécessaires à la sédimentation (vers le haut et vers la bas) des inclusions lors d’une convection crustale.