Taille des grains et localisation de la déformation dans la lithosphère

Cette thèse a pour but d’étudier l’impact de la taille des grains sur la rhéologie du manteau terrestre. Nous avons proposé un nouveau modèle d’évolution de la taille des grains et montré que les états d’équilibre qu’il prévoit sont en adéquation avec les données expérimentales obtenues sur des échantillons d’olivine. Ce modèle est illustré par des simulations numériques d’une zone de cisaillement et de convection du manteau. Nous avons montré que notre formalisme favorise la localisation la déformation et modifie le régime de convection des planètes. Notre modèle propose que l’évolution d’une distribution de tailles de grains soit entièrement contrainte par l’énergie des joints de grains. Cette énergie diminue lors de la croissance normale et augmente lors de la recristallisation dynamique. Notre modèle stipule que l’énergie nécessaire à la nucléation des nouveaux grains est soustraite à l’énergie dissipée dans le matériau par les dislocations. Même lorsque les grains de taille moyenne sont en régime diffusif, les grains les plus gros se déforment en régime dislocatif, peuvent continuer à subir de la recristallisation et ainsi peuvent concourir à la réduction de la taille moyenne. Lorsque les effets de la croissance et de la nucléation se compensent, nous pouvons comparer l’état d’équilibre obtenu avec les données expérimentales. Nous montrons que le partitionnement de l’énergie fournie dépend principalement de la température. Ce modèle est ensuite testé dans une simulation numérique de zone de cisaillement. Dans ce système, selon la température, la contrainte déviatorique et la taille des grains, la déformation peut s’effectuer en régime de diffusion ou en régime de dislocation. Contrairement à nos attentes, notre modèle montre que la déformation se localise moins efficacement lorsque le cœur de la zone de cisaillement passe en régime de diffusion. La taille des grains semble favoriser l’apparition des zones de cisaillement en y baissant la viscosité mais ne semble pas localiser intrinsèquement la déformation. Finalement, nous avons testé notre équation de l’évolution de la taille des grains à l’aide de simulations numériques de convection du manteau. La température étant élevée dans le manteau, nous avons considéré que les grains étaient tous dans l’état d’équilibre prévu par notre modèle. Nous avons observé que la taille des grains peut suffire à modifier le régime de convection des planètes en créant une couche très non-Newtonienne dans leur lithosphère. Cette thèse a montré que la taille des grains influence fortement la dynamique des planètes en localisant la déformation à leur surface. Le nouveau modèle qu’elle propose apporte une vue nouvelle sur la création et l’entretien du régime de tectonique des plaques.