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Modélisation numérique en géodynamique

Participants : Diane Arcay.
Collaboration : T. Gerya et P. Tackley (ETH Zürich).


L’objectif du projet est la simulation de
- la génération de magma à la surface d’une lithosphère en subduction lorsque sa déshydratation se produit,
- la migration poreuse du magma, depuis le coin asthénosphérique jusqu’à la surface.


La spécificité de l’approche réside dans la modélisation des couplages chimique, thermique (et plus partiellement) mécanique entre liquide magmatique et roche solide se mettant en place tout le long de l’ascension du fluide, notamment parce que la fusion partielle est déclenchée par l’injection d’”eau” dans le système, qui peut être échangée avec l’encaissant tout au long de la percolation.


Production de magma mantellique hydraté en zone de subduction
Production de magma mantellique hydraté en zone de subduction
La production de magma a lieu en condition de saturation en eau à la surface d’une plaque plongeante se déshydratant en base de colonne, et migration poreuse spontanée du liquide. (a) Teneur en eau dans le milieu et champ de porosité (un isocontour blanc à 1, 3, 5, 7 et 9% de porosité). (b) Vitesses de Darcy simulées. L’écoulement est illustré par le champ de vitesse en noir.
Diane Arcay




La simulation de cet écoulement bi-phasique est intégré à un code de simulation “solide” thermo-mécanique (I2VIS, Gerya & Yuen, 2003a,b), mais pour l’instant testé indépendamment de l’écoulement solide géodynamique (benchmark thermique sur la relation nombre de Rayleigh (Ra)-Nombre de Nusselt (Nu) simulée, voir la figure ci-dessous).

Simulation d'une convection thermique dans un milieu poreux
Simulation d’une convection thermique dans un milieu poreux
Le milieu poreux, saturé en liquide, est chauffé à sa base et refroidi en surface, pour différents nombre de Rayleigh (Ra =100, 500 et 800). Couleur : Champ de température normalisé. Un isotherme (blanc) à chaque palier de température égal à 0,1. Le champ de vitesse est illustré par les flèches noires.
Diane Arcay