La modélisation numérique change notre compréhension de la déformation fragile/ductile des éclogites


 AHLeGall    21/05/2019 : 08:36
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ARTICLE DANS GEOCHEMISTRY, GEOPHYSICS, GEOSYSTEMS

L'éclogite est une roche dense, constituée d'omphacite verte et de grenat rouge (le plus souvent < 5-10 mm, Figure 1). Cet assemblage particulier ne peut se faire que parce que cette roche, issue d’une roche magmatique basique, s’est métamorphisée à très forte pression. Sa présence est donc très souvent utilisée comme preuve d’un enfouissement au sein d’une paléo-subduction. Cela étant, la manière dont se déforment les roches en profondeur dans les zones de convergence, ainsi que la magnitude des contraintes qu’elles peuvent soutenir pendant les processus tectoniques, restent énigmatiques. C’est pourtant ce qui régit à toutes les échelles de temps le comportement de la lithosphère et les processus tectoniques associés, qu’ils soient court-terme (comme la sismicité) ou long-terme (comme la formation des chaines de montagnes).

Cette étude menée par Philippe Yamato et Thibault Duretz (Géosciences Rennes) et Samuel Angiboust (IPG Paris) montre, par l’intermédiaire de modèles numériques, qu’à des conditions de 2.0 GPa* et 550°C (typique de ce que l’on peut trouver dans les zones de subduction), les roches métamorphiques (éclogites) peuvent se déformer de différentes manières.

En effet, les résultats (Figure 2) indiquent que si ces roches fluent à des vitesses de déformation inférieures à ~10-10 s-1, elles se fracturent pour des vitesses de déformation plus élevées, de l’ordre de 10-10 s-1 (soit ~ 10-10 fois plus faible qu’une vitesse sismique). Cela suggère que l'observation de caractéristiques fragiles (i.e. de comportements cassants comme dans les failles) dans les éclogites n’implique pas nécessairement des vitesses de déformation extrêmes.

Il faut donc faire attention à l’interprétation de ces structures, que l’on ne peut pas toujours associer à de la sismicité. Les auteurs montrent par ailleurs que les contraintes effectives subies par ces roches peuvent être élevées à ces conditions de pression et température, et qu’il est possible en regardant la manière dont elles se sont déformées, d’appréhender les magnitudes de ces contraintes. Celle-ci peuvent en effet atteindre ~1 GPa dans le cas d’une éclogite entièrement fracturée et jusqu’à ~500 MPa pour une roche s’étant déformé de manière ductile mais présentant des grenats fracturés. Cela signifie que les éclogites peuvent être bien plus résistantes que ce qu’on pensait jusqu’à présent.


Yamato Fig1
Figure 1 : Preuve d'un comportement fragile dans les éclogites
(a) Roche mafique mylonitique éclogitisée de l'unité du Lago Superiore (ophiolite de Monviso, Alpes occidentales) présentant une forte foliation soulignée par des lits sombres de rutile et des couches parallèles riches en omphacite. La proportion modale estimée du grenat se situe entre 30 et 40 % en volume.
(b) Cristal de grenat (microscope électronique à balayage) provenant d'un éclogite mylonitisée de l'unité du Lago Superiore montrant des réseaux de fractures plus sombres et cicatrisées qui traversent des cœurs plus clairs formés pendant l'enfouissement de la lithosphère océanique jusqu'aux conditions de faciès éclogitique.
c) Image réalisée à la microsonde électronique montrant la composition en Magnesium.



Yamato Fig2
Figure 2 : Résultats. A gauche, diagramme présentant la résistance moyenne d’une eclogite en fonction de la vitesse de déformation et de la proportion de grenat. A droite sont présentés les 3 différents modes de déformation (résultats extraits à différentes vitesses de déformation pour 30% de grenats)



* Une pression d’un pascal est une contrainte uniforme qui, agissant sur une surface plane de 1 mètre carré, exerce perpendiculairement à cette surface une force totale de 1 newton. Donc 1 gigapascal (GPa) = 109 Pa = 1 000 000 000 Pa = 1 000 000 000 N m−2



Référence
Yamato, P., Duretz, T., & Angiboust, S. (2019). Brittle/ductile deformation of eclogites: insights from numerical models. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 20. https://doi.org/10.1029/2019GC008249



Contact OSUR
Philippe Yamato (Géosciences Rennes) / @
Thibault Duretz (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @








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