Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 18 août 2026 par Kim Lemke, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
La lithosphère est la peau de la Terre à travers laquelle elle perd sa chaleur interne. Ce processus influence par exemple l’évolution des volcans, la transformation des roches en profondeur, et le potentiel géothermique.
L’objectif de cette thèse est une analyse thermique détaillée de la partie la plus méconnue de la lithosphère : la partie inférieure de la croûte continentale. Grâce à deux forages scientifiques dans les Alpes, 1500 mètres de nouvelles roches venant de ces profondeurs ont fait surface. Leurs analyses en laboratoire, complémentées par des modélisations numériques, permettent de mieux comprendre les propriétés thermiques de la croûte et ainsi le flux de chaleur à travers la lithosphère.
Les mesures des propriétés thermiques révèlent deux grandes unités avec des caractéristiques différentes. La croûte moyenne, composée surtout d’anciens sédiments enfouis, est thermiquement plus conductrice, et sa production de chaleur par désintégration radioactive peut atteindre des niveaux typiques de la croûte supérieure. En contraste, la croûte inférieure, composée surtout de roches pauvres en silice, est environ 20% moins conductrice et produit jusqu’à 30 fois moins de chaleur. Une grande variabilité interne caractérise les deux unités, et cette variabilité augmente vers de plus grandes échelles spatiales. De ce fait, l’échantillonnage détaillé est justifié et recommandé pour les futures études.
En se basant sur les propriétés thermiques ci-dessus, ainsi que la variation de l’épaisseur typique des couches observée dans les forages, des incertitudes du champ thermique de la lithosphère ont été calculées. De nombreux types de modèles ont été réalisés et évalués statistiquement. Il s’avère que la variabilité des propriétés thermiques cause des incertitudes non-négligeables à la fois en température et en termes de flux de chaleur. De plus, ces incertitudes sont pires dans des modèles à couches épaisses, une pratique assez courante mais inexacte.
En conclusion, les résultats soulignent l’importance de bien caractériser la variabilité des propriétés thermiques et de travailler avec des modèles à haute résolution spatiale pour toute application impliquant des processus géologiques dépendant de la température. Du point de vue de la croûte continentale, une structure à trois couches : croûte supérieure, moyenne et inférieure est justifiée dans les futurs modèles thermiques et géodynamiques.
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