Gravimétrie spatiale et Géodynamique

Présentation de Cécilia Cadio (Cnes, Géosciences Montpellier) aux 2èmes Rencontres Scientifiques et Techniques Résif | 12-14 octobre 2015, La Grande Motte

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1. Cécilia Cadio 12-14 Octobre 2015 Gravimétrie Spatiale et Géodynamique mardi 13 octobre 2015
2. Reflet de la Structure et de la Dynamique Terrestre 2 - Directement sensible à la densité - Accès à la rhéologie long terme - Couverture spatiale homogène et régulière sur toute la surface de la Terre { ‣ Etudier l’intérieur de la Terre par la Gravimétrie mardi 13 octobre 2015
3. GOCE 100 km 200 km 400 km (1mm) (1cm) (10 cm) 3 Altimétrie satellitaire !"##"$%&'()*+ !"##"$%&',*+ Comment exploiter au mieux ces données ? )-."/0.1"2&#3.2--".3"12 '134"/0.1"2&35#$-62 72#&/2#612#&#$-8 L’essor de la Gravimétrie Spatiale ‣ Les Données Antérieures Cumulative Geoid Height Error (m) Suivi des orbites Basse résolution De nouvelles données spatiales qui révolutionnent notre connaissance du champ de pesanteur Un contexte en pleine évolution !"##"$%&'()*+ !"##"$%&',*+ Comment exploiter au mieux ces données ? )-."/0.1"2&#3.2--".3"12 '134"/0.1"2&35#$-62 72#&/2#612#&#$-8 Terres émergées (aéroporté + sol) EGM96 Plus haute résolution Couverture spatiale et précision pas toujours suffisantes pour certains problèmes géodynamiques posés, notamment en domaine continental. Lageos mardi 13 octobre 2015
4. De nouvelles données spatiales qui révolutionnent notre connaissance du champ de pesanteur Un contexte en pleine évolution !"##"$%&'()*+ !"##"$%&',*+ Comment exploiter au mieux ces données ? )-."/0.1"2&#3.2--".3"12 '134"/0.1"2&35#$-62 72#&/2#612#&#$-8 Mission GRACE (2002) Mission CHAMP (2000) L’essor de la Gravimétrie Spatiale GOCE 100 km 200 km 400 km (1mm) (1cm) (10 cm) Cumulative Geoid Height Error (m) EGM96 ‣ Les Données Spatiales 4 EGM08 Un context !"##"$%&',*+ - Dispositif dédié à la mesure du champ de pesanteur. - Amélioration de la résolution : Orbite basse et techniques de mesure par différence. Mission GOCE (2009) mardi 13 octobre 2015
5. L’essor de la Gravimétrie Spatiale ‣ La gradiométrie 5 - Sensible à la géométrie et aux propriétés directionnelles des masses. mardi 13 octobre 2015
6. GOCE 100 km 200 km 400 km (1mm) (1cm) (10 cm) Cumulative Geoid Height Error (m) EGM96 EGM08 Dynamique Couplage Manteau- Surface du Lithosphère Manteau L’essor de la Gravimétrie Spatiale ‣ Les Données Spatiales versus Géodynamique Orogènes Continentales 6 Hawaiian Swell mardi 13 octobre 2015
7. 7 ‣ Origine du volcanisme ‣ Processus d’intéraction ‣ Rhéologie du manteau supérieur ‣ Rapport Géoide sur Topographie : - profondeur d’origine du bombement ‣ Rapport local en ondelettes (Cadio et al., 2012) : - valeur en chaque point, à chaque échelle - détection de variations latérales dans le mode de compensation des reliefs. ‣ Application à des cas synthétiques – modèles de convection – Validation + interprétation 8 m/km 6 m/km Exemple 1 – Origine du Bombement Hawaiien : Contexte & Méthodes mardi 13 octobre 2015
8. 8 Hawaiian swell 8 m/km 6 m/km 8 m/km 6 m/km Cadio et al. [2012] Bombement hawaiien, supporté par: ‣ panache mantellique sous la lithosphère - rapport élevé sur la partie active de la chaîne. ‣ convection secondaire - décroissance progressive du rapport le long de la chaîne. Processus profond Processus superficiel Exemple 1 – Origine du Bombement Hawaiien : Résultats mardi 13 octobre 2015
9. Alaska! Pacifique! Canada! • Comprendre la localisation de la déformation, défi majeur en sciences de la Terre avec un enjeu sociétal fondamental. • Vers une estimation plus robuste du risque sismique. • Déformation associée localisée ou diffuse. • Facteurs en cause: - forces de convergence - forces gravitationnelles liées au relief - structures héritées - rhéologie de la lithosphère/asthénosphère - dynamique mantellique. Topographie compensée localement - statique Topographie dynamique Compensation des reliefs: Exemple 2 – Déformations dans les Orogènes Continentales: Contexte mardi 13 octobre 2015
10. Exemple 2 – Déformations dans les Orogènes Continentales: Méthodologie • Evaluation de la partie statique : Non compensée Totalement compensée 1E=10-9 s-2 mardi 13 octobre 2015
11. Tzz_Compensé/Tzz_Topo Degré de Compensation Exemple 2 – Déformations dans les Orogènes Continentales: Méthodologie • Evaluation de la partie statique : Non compensée Totalement compensée mardi 13 octobre 2015
12. −160˚ −155˚ −150˚ −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ −110˚ −105˚ 55˚ 60˚ 65˚ −8000 −7000 −6000 −5000 −4000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Altitude m Yukon Plateau Alaska Range Anchorage Alaska Chugach St. Elias Wrangell Yakutat Block Gulf of Alaska TF DF CSF Mackenzie Mountains Paci c Plate North America Plate Northwest Territories Craton Alaska Subduction Aleutian Islands Craton Canadien : Plaines + croûte épaisse Surcompensé Front de collision : Haut-reliefs + épaisseur crustale ? Support Dynamique ? Plateau du Yukon : Haut-Reliefs + croûte d’épaisseur constante + Lithosphère chaude A l’équilibre - Isostasie thermique Exemple 2 – Déformations dans les Orogènes Continentales: Application à la Cordillera Alaska-Canada mardi 13 octobre 2015
13. −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ −2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Eotvos St. Elias Alaska Range Yukon Plateau Northwest Territories Craton Chugach Wrangell Tintina Fault Denali Fault Mackenzie Mountains −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ −2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Eotvos St. Elias Alaska Range Yukon Plateau Northwest Territories Craton Chugach Wrangell Tintina Fault Denali Fault Mackenzie Mountains −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ −145˚ −140˚ −135˚ −130˚ −125˚ −120˚ −115˚ 60˚ 65˚ 40 60 60 80 100 100 120 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340360 380 400 600 700 800 0 0 8 −10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 % Undercompensated Perfectly Compensated Overcompensated St. Elias Alaska Range Yukon Plateau Northwest Territories Craton Chugach Wrangell Tintina Fault Denali Fault Mackenzie Mountains Gradient radial de GOCE Gradient radial - Contribution topographie Degré de Compensation Exemple 2 – Déformations dans les Orogènes Continentales: Application à la Cordillera Alaska-Canada ‣ Validation de la méthode. ‣ Identification du mode de compensation statique en fonction du contexte dynamique. ‣ Déduction de la profondeur du Moho dans le cadre de racourcissement classique - chaîne Himalayienne par exemple. mardi 13 octobre 2015
14. GOCE & la Structure Mantellique Profonde Panet et al. [2014] Gradients - GOCE Echelles spatiales > 1500 km Gradients - Modèle Dynamique mardi 13 octobre 2015
15. GOCE & la Structure Mantellique Profonde Gradients - GOCE Anomalies de Vitesse - S40RTS Panet et al. [2014] mardi 13 octobre 2015
16. Conclusion ‣ Amélioration significative de la connaissance des variations latérales de la pesanteur. ‣ Des données hautement précises à toutes les échelles spatiales supérieures à 80 km sur l’ensemble de la surface de la Terre - Amélioration de la résolution sur les continents. ‣ Propriétés directionnelles des gradients - Meilleure caractérisation des masses, dans la croûte et le manteau. De nouvelles données spatiales qui révolutionnent notre connaissance du champ de pesanteur Un contexte en pleine évolution !"##"$%&'()*+ !"##"$%&',*+ Comment exploiter au mieux ces données ? )-."/0.1"2&#3.2--".3"12 '134"/0.1"2&35#$-62 72#&/2#612#&#$-8 Un context !"##"$%&',*+ mardi 13 octobre 2015