La convection du manteau

Question 1

Quelle est la rhéologie du manteau ?

Answer 1

• courte échelle temps = solide avec rhéologie élastique
• grande échelle de temps > 300ans = viscoélastique, manteau se comporte comme un fluide, peut avoir convection.

==> comportement fluide visqueux (mis en évidence par rebond post glaciaire et mvt plaques tectos)

Question 2

La convection dans le manteau, à quoi c’est dû + forces mises en jeu.

Answer 2

• dû au différence de T aux couches limites : lithos et noyau
• force gravité, flottabilité (lié variation densité) = font mvt convection
• frottement (lié visco matériel) = s’oppose au mvt convection

==> formule stokes = def équilibre entre ces deux forces

Question 3

le nombre de Rayleigh dans le manteau

Answer 3

• Ra = Force gravi / Force friction
  ==> Ra proportionnel accé gravi, expansion thermique, densité, échelle de distance er perturbation thermique
  ==> Ra inversement proportionnel à la diffusivité thermique et à la viscosité
• Ra donne donc rapport de temps pour transfert de chaleur conduction//convection

==> Si Ra est grand au plus convection est efficace (cf grande froce garvi)
==> convection possible si Ra > valeur critique, 10**3
dépend de la géométrie de la couche en convection (la géométrie du cellule de convection) et les conditions aux couches limites.

Question 4

Forme de cellule de convection

Answer 4

• dépend du nombre de rayleigh
• production de chaleur par rapport au réchauffement de la base

Question 5

gradient de température dans le manteau

Answer 5

• adiabatique, matériaux se déplace dans le système sans échange de chaleur avec le matériel autour
• 0.3/0.5K/km

Question 6

Influence de la convection mantellique sur la vitesse des plaques :
+ proportionalité nbr rayleigh

Answer 6

• au plus la convection est importante au plus la vitesse des plaques tectonique est importante
  ==> Donc développement d’une croûte océ plus mince

==> relation inverse épaisseur litho nombre de rayleigh
d ~ Ra**(-1/3)

==> relation direct vitesse plaque et nmbr rayleigh
V ~ Ra**(2/3)

==> flux de chaleur proportionnel au nombre de Rayleigh :
q ~ Ra(1/3).

Question 7

Transition manteau inf et sup : influence sur la convection

Answer 7

410km = manteau sup : convection facile
610km= transition minéralogique, convection difficile

==> Stratification manteau sup et inf affectent forme cellule de convection

Question 8

Modèles des cellule de convection dans le manteau

Answer 8

Un modèle symétrique de « couche limite » avec un panache chaud qui
remonte et une plaque froide qui descende peut être utilisé pour déduire les relations entre la convection du manteau (nombre de Rayleigh), la vitesse de mouvement des plaques et de circulation convective, et l’évolution de l’épaisseur de la lithosphère océanique.

• Le modèle utilise un température constant dans le manteau en convection et des gradients super-adiabatiques dans la lithosphère et la couche D’’.
• Dans le modèle on considère la diffusivité thermique, les forces de flottabilité liées aux perturbations de densité (température) et les forces de traction liées à la résistance du mouvement dans le fluide visqueux

Question 9

La tomographie sismique dans le manteau :

Answer 9

• sert à déduire état de convection
• sert à surveiller T et densité

==> on observe 2 région :
- basse vitesse = LLSVP : présence panache mantellique
- haute vitesse, T faible.

==> Avec ces données + les données géodésiques, gravimétriques, taux rebond post glaciaire et topo = déduction écoulement du manteau

Question 10

Mouvement de convection du manteau :

Answer 10

• différence de température entre différents panaches mantelliques