Geodynamic Tomography

Tomographie Géodynamique Au cours des trois dernières décennies, les sismologues ont réussi à sonder la structure interne de la Terre à l’aide de nombreux enregistrements sismiques recueillis à sa surface. Largement connue sous le nom de tomographie sismique, l’un de ses principaux objectifs est de construire des modèles élastiques tridimensionnels de la Terre en utilisant diverses stratégies d’inversion adaptées au type de données sismiques utilisées. Il reste cependant un défi à relever : l’interprétation des hétérogénéités élastique en termes de propriétés physiques (e.g., densité, composition chimique/minéralogique, température) et de l’omniprésence de l’anisotropie à grande échelle qui sont cruciales pour comprendre la tectonique des plaques et la dynamique du manteau. Par exemple, l’anisotropie sismique à grande longueur d’onde observée dans les modèles tomographiques a souvent été attribuée à l’orientation cristallographique préférentielle (CPO) (i.e., l’alignement net des minéraux intrinsèquement anisotropes du manteau supérieur) due à la déformation du manteau. La tomographie sismique fournit donc une grande quantité d’informations sur le flux actuel dans le manteau. Nous présentons Tomographie Geodynamique, une nouvelle approche du problème tomographique qui intègre des contraintes géodynamiques et pétrologiques afin de réduire le nombre de modèles terrestres à un sous-ensemble conforme aux prévisions géodynamiques. Cette approche englobe plusieurs méthodologies : la modélisation de l’écoulement du manteau, la modélisation de l’évolution de la texture, la modélisation thermodynamique et l’inversion des données sismiques en une seule procédure d’inversion probabiliste autoconsistante. En fin de compte, nous visons à retrouver le schéma complet de la déformation du manteau supérieur en inversant les données sismiques pour mieux comprendre la dynamique du manteau d’un point de vue sismologique. Dans ce travail, nous nous concentrons principalement sur l’inversion des mesures de dispersion de vitesse de phase des ondes de surface, car elles fournissent des contraintes uniques à l’anisotropie à grande échelle associée à l’écoulement convectif dans le manteau. La tomographie géodynamique aborde l’un des problèmes les plus pressants de la tomographie anisotrope classique des ondes de surface, à savoir son incapacité à résoudre le tenseur élastique à 21 composantes indépendamment à chaque endroit. Nous formulons le problème tomographique en utilisant les contraintes géodynamiques et pétrologiques pour réduire ce grand nombre de paramètres du modèle. La non-linéarité du problème, l'existence possible de 'trade-offs' entre les paramètres libres et le caractère non unique de la solution justifient la nécessité de placer le problème inverse dans un cadre probabiliste bayésien. Le formalisme est une approche, où la solution est un ensemble de modèles représentant une distribution de probabilité, accompagnée des incertitudes dans chaque paramètre du modèle. En fait, toute variable calculée implicitement (e.g. déformation et anisotropie) dans le problème peut être refondue en termes de distribution postérieure. Nous explorons efficacement l'espace des modèles terrestres candidats (e.g., champ de température) en employant un algorithme de Monte Carlo à chaîne de Markov (McMC). La mise en œuvre de la méthode a été considérée comme un succès car nos résultats ont permis de récupérer implicitement les schémas complets de déformation du manteau et, par conséquent, les 21 coefficients indépendants du tenseur élastique à partir de la seule inversion des données sismiques. La tomographie géodynamique est donc une technique potentiellement puissante pour élucider la structure du manteau supérieur et interpréter les observations sismiques en termes de modèles de déformation du manteau