The Earth's mantle water cycle : A numerical approach

Le cycle de l'eau dans le manteau terrestre: apport de la modelisation numerique

Guillaume Richard (1)

1 DTP - Dynamique terrestre et planétaire

Water is probably present everywhere in the Earth's mantle today. The effects due to its presence in the mantle are numerous. The large scale water distribution question is tackled by using numerical models. Mantle convection mixing is shown to avoid water diffusing to high water-solubility zones. It implies a fluid phase rise in the low solubility zone, the lower mantle. The fluid phase can migrate by percolation and concentrates water at the top of the lower mantle (660 km depth) despite the convective downward flow. Contrary to hydrogen diffusion, the percolation process seems to be able to concentrate water in the Earth's mantle. A water reservoir would form at the upper edge of the lower mantle in the spinel-postspinel phase transition near the subduction zone.

L'eau est presente dans le manteau terrestre. Elle peut avoir des effets importants sur la plupart des processus qui s'y deroulent. La distribution a grande echelle de l'eau (sous forme d'ions hydrogene) est approchee a l'aide de modeles numeriques. La prise en compte de la convection mantellique montre que la diffusion de l'eau vers les zones de forte solubilite en eau (la zone de transition) n'est pas assez rapide pour empecher le melange convectif. On predit donc la presence d'une phase fluide dans le manteau inferieur ou la solubilite de l'eau dissoute est tres faible. La phase fluide percole vers le haut sous les effets de la poussee d'Archimede et permet l'accumulation d'eau au sommet du manteau inferieur a la verticale des zones de subduction en depit du mouvement convectif descendant. Contrairement a la diffusion de l'eau dissoute dans les mineraux, la percolation d'une phase fluide semble etre un moyen possible de concentrer de l'eau dans le manteau terrestre. Ce reservoir serait localise au niveau de la frontiere entre la zone de transition et le manteau inferieur (Changement de phase spinelle-postspinelle) au voisinage des zones de subduction.

Mots clés: Water; Mantle convection; Fluid percolation; Mantle transition zone; Compaction process

Mots clés: Eau; Convection mantellique; Percolation; Zone de transition; Compaction

Domaines: Géophysique [physics.geo-ph]; Sciences de la Terre

Guillaume Richard. Le cycle de l'eau dans le manteau terrestre: apport de la modelisation numerique. Géophysique [physics.geo-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005286⟩