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Propriétés sismiques et imagerie géophysique de la lithosphère et de l’asthénosphère

F. Boudier, S. Demouchy, B. Ildefonse, D. Mainprice, C.Tiberi, A. Tommasi

De nouvelles méthodes sont développées (Mainprice et al., 2011) pour l’analyse des données de cartographie cristallographique par diffraction d’électrons rétrodiffusés (EBSD), permettant la caractérisation de la microstructure et des orientations cristallographiques, ainsi que le calcul des propriétés physiques anisotropes. Ces méthodes sont mises a la disposition de la communauté sous la forme du logiciel libre MTEX (boite à outils MATLAB). La modélisation des propriétés physiques des roches à partir des orientations cristallographiques est au cœur de nombreux projets. L’effet des transformations de phase et réactions métamorphiques sur les textures et les propriétés physiques est étudié sur des échantillons naturels (Boudier et al., 2010, Morales et al., 2013 ; Wang et al., 2009, Mussi et al., 2010-, Bezacier et al., 2010 ; Padron-Navarta et al., 2012), à partir d’expériences à haute pression et température (Demouchy et al., 20118) et de modélisations numériques (Faccenda et al., 2008). Il a été montré, par exemple, que (1) la serpentinisation peut expliquer l’anisotropie sismique parallèle à la fosse dans l’avant-arc, (2) que la déformation de l’olivine peut accélérer la transition de phase olivine-wasdleyite et affecter l’anisotropie sismique dans la zone de transition. La modélisation de propriétés sismiques anisotropes des péridotites variablement enrichis en pyroxènes (xénolites cratoniques et d’arc) montre que l’enrichissement en Si dû à des interactions magma-roche ne peut pas produire les faibles rapports Vp/Vs (≤1.7) mesurés localement dans le manteau supérieur à l’aplomb d’arcs magmatiques, mais que ces derniers sont expliqués par l’anisotropie intrinsèque des péridotites (Soustelle et al., 2010).
La modélisation ab-initio des propriétés élastiques de minéraux hydratés a montré que l’anisotropie diminue avec la pression et donc avec la profondeur (Mainprice et al., 2008, Mainprice & Ildefonse, 2009). Cette technique a aussi permis de prédire l’effet de déformation plastique et de la transition de spin sur les textures et l’anisotropie sismique du manteau inférieur (Mainprice et al., 2008 ; Caracas et al., 2010).
Afin de caractériser l’état actuel de la déformation lithosphérique, nous utilisons des inversions géophysiques (fonctions récepteurs et inversions couplées sismologie-gravimétrie) permettant d’imager les structures principales de différentes régions d’études : l’Himalaya (Basuyau et al., 2013) ou le golfe d’Aden (Ahmed et al., 2013). Couplées à l’étude de l’anisotropie sismique, ce type d’image géophysique nous a permis aussi de mieux comprendre la structure mantellique sous les Alpes occidentales (Barruol et al., 2011). L’intégration de l’anisotropie sismique (déphasage des ondes SKS) dans des modélisations numériques nous a par ailleurs permis récemment de tester des scenarii pour la dynamique lithosphérique des grands décrochements comme la faille de San Andreas (Bonnin et al., 2012).