E3 Rhéologie du manteau et de la croûte

Topique

La rhéologie décrit la déformation des matériaux sous l'effet des contraintes. Au sein de la Terre, un même matériau peut se comporter comme un solide élastique lors du passage d'une onde sismique en quelques millisecondes, comme un matériau visqueux lors du rebond isostatique sur des milliers d'années, ou encore comme un matériau plastique s'écoulant presque comme un liquide lors de la convection du manteau sur des millions d'années. Le comportement prédominant dépend de la comparaison entre l'échelle de temps du processus et un temps de relaxation caractéristique du matériau, lequel dépend du rapport entre sa viscosité et sa rigidité élastique. Le fluage à l'état solide de minéraux comme l'olivine obéit à une loi empirique bien établie, dépendant exponentiellement de la température : plus la température du minéral est élevée et plus la taille de ses grains est petite, plus le minéral s'écoule facilement et, par conséquent, plus le manteau qui le compose s'écoule facilement.

L'extraordinaire viscosité du manteau supérieur, de l'ordre d'un quadrillion de pascals par seconde, détermine la vitesse du rebond isostatique postglaciaire : la Scandinavie, par exemple, s'élève encore aujourd'hui d'environ un centimètre par an, plus de dix mille ans après la fin du retrait des glaces du Pléistocène dans cette région, avec un temps de relaxation caractéristique d'environ quatre mille cinq cents ans.

La flexion lithosphérique, quant à elle, décrit comment la lithosphère se courbe sous l'effet d'une charge topographique, qu'il s'agisse d'une chaîne de montagnes, d'un volcan ou d'une accumulation de sédiments : la longueur d'onde de cette déformation dépend de la rigidité de la lithosphère elle-même, et cette rigidité dépend, à son tour, de l'épaisseur élastique effective de la lithosphère en ce point, une épaisseur qui varie entre cinq et cent vingt kilomètres selon l'âge thermique de cette même lithosphère. Ceci établit le lien entre les différents comportements rhéologiques évoqués au début de cette description et la manière spécifique dont la lithosphère réagit aux charges qu'elle subit.

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