PhD defense of J. Furstoss

The PhD defense of J. Furstoss will take place the 10th of November in CEMEF Mines ParisTech. These PhD works are dedicated to the « A numerical approach for the modeling of peridotite microstructure evolutions ».

A brief summary below:

Cette thèse a pour but de simuler les évolutions microstructurales des roches du manteau supérieur dans des conditions thermomécaniques représentatives de la lithosphère terrestre. En effet, c’est le comportement mécanique de ces roches qui contrôle, au premier ordre la rhéologie
de la lithosphère et donc des plaques tectoniques.
Les outils utilisés et développés dans ce travail sont basés sur le formalisme level-set (LS) permettant une description implicite de la microstructure et la modélisation de la migration de joint de grains à l’échelle du polycristal. Les évolutions microstructurales sont simulées dans un cadre élément fini (EF) robuste et efficace permettant un couplage avec des calculs de plasticité cristalline décrivant le comportement mécanique de la roche.
Une première grande partie de cette thèse est consacrée à la croissance de grain en absence de déformation dans les péridotites. Il est montré, dans un premier temps que la cinétique de croissance d’un agrégat d’olivine (minéral principal des péridotites) n’est pas en accord avec les contraintes
naturelles sur la cinétique de croissance de grain des péridotites. Il est ensuite montré que l’introduction de phases secondaires telles que les pyroxènes et le spinelle permet de ralentir la croissance mais ne suffit pas à obtenir des cinétiques cohérentes avec les contraintes naturelles. Finalement il est proposé que les impuretés jouent un rôle important dans la cinétique de croissance des roches mantelliques et que leur prise en compte permet de concilier les contraintes venant des expériences de laboratoire et des observations naturelles. Dans une deuxième grande partie, le modèle constitutif utilisé pour décrire le comportement mécanique de l’olivine dans un cadre de plasticité cristalline est présenté. La manipulation des différents tenseurs dans ce cadre numérique repose sur la construction de bases tensorielles particulières tenant compte des symétries du cristal et permettant l’utilisation d’une élasticité anisotrope
de manière transparente et naturelle. La formulation mixte EF vitesse-pression est également modifiée pour tenir compte de l’anisotropie élastique. Cette manière de décrire la déformation est ensuite enrichie d’un mécanisme de relaxation sensé représenter les mécanismes, autres que le
glissement de dislocation, accommodant la déformation dans les polycristaux d’olivine. Cette description est alors couplée avec le formalisme LS pour simuler les évolutions microstructurales d’un
agrégat d’olivine durant la déformation. Ce cadre numérique est enfin utilisé pour étudier la localisation de la déformation, dans les polycristaux d’olivine, par différents types de zone de faiblesse pré-existantes.
Finalement, les limites et les perspectives de développement du formalisme numérique pour aboutir à une description fidèle des évolutions microstructurales d’une roche mantellique dans des conditions thermomécaniques de la lithosphère sont discutées.

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