La zone de transition du manteau terrestre est une région complexe présentant des changements de phase minéralogiques révélés par de fortes augmentations de la vitesse des ondes sismiques entre 410 et 660 km de profondeur. En raison de son potentiel de filtrage des éléments chimiques, la zone de transition représente une région clé pour comprendre l’efficacité de la convection globale du manteau pour mélanger et recycler les hétérogénéités géochimiques.

L’échantillonnage global de la zone de transition n’est possible qu’avec des méthodes sismiques, via l’analyse des ondes sismiques générées par de grands tremblements de terre éloignés et enregistrées par la suite par des récepteurs situés à la surface de la Terre. Ces ondes se propagent et illuminent l’intérieur profond de la Terre et créent des contraintes critiques sur la structure élastique.

Les sismologues et géophysiciens tentent depuis les années 90 d’isoler les effets de la température et de la composition sur les propriétés élastiques du manteau. Cependant, un problème majeur est la couverture imparfaite des données sismiques qui empêche de reconstruire les multiples échelles de longueur des hétérogénéités thermochimiques. Les données sismiques et de laboratoire souffrent également de grandes incertitudes, et la relation entre les observables sismiques et les paramètres thermochimiques in situ reste discutable.

Pour surmonter ces limites, ce projet utilisera une approche de partitionnement (multi-échelle) pour isoler les effets de la température et de la composition du manteau sur les bases de données les plus complètes d’ondes sismiques sensibles à la zone de transition. En utilisant un cadre probabiliste bayésien, je vais simuler avec leurs incertitudes les propriétés physiques multi-échelles de la zone de transition, confronter les résultats avec des expériences de physique minérale à haute pression et avec des prédictions à partir de modèles de mélange convectif manteau. L’approche interdisciplinaire de ce projet repose sur l’utilisation de méthodes numériques de pointe et d’un calcul haute performance pour répondre aux questions fondamentales des sciences de la Terre, de la sismologie, de la géodynamique et de la physique des minéraux.

L’unicité de l’approche découle de la quantification dans un sens probabiliste de la façon dont les modèles conceptuels de mélange de manteaux expliquent les données sismiques. Les résultats du projet seront de fournir de nouvelles bases de données, procédures, modèles et progiciels pour l’analyse et la compréhension de la structure du manteau supérieur de la Terre.