Evolution texturale d’une roche biphasique au cours de la mylonitisation, observations et modèle quantitatif

Textural evolution of a two-phase rock during mylonitization, observations, quantitative model

• Auteur / Autrice : Benoit Bevillard
• Direction : Laurent Arbaret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 24/04/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Arbaret, Michel Faure, Yanick Ricard, Alexandre Dimanov, Laurent Jolivet, Hikaru Iwamori, Hugues Raimbourg, Richard Guillaume
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yanick Ricard, Alexandre Dimanov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gabbro

Modélisation tridimensionnelle

Roches -- Déformation

Géologie

Croûte continentale

Mots clés libres

Déformation ductile

Croûte terrestre

Biphase

Mélange de phase

Localisation de la déformation

Ductile deformation

Earth crust

Two-phase

Phase Mixing

Strain Localization

Résumé

Pour comprendre la rhéologie de la lithosphère il est crucial de bien comprendre le comportement des agrégats poly-minéraux sous contrainte dans le domaine ductile et en particulier les phénomènes de localisation de la déformation. La modélisation numérique constitue un outil indispensable pour remplir cet objectif car elle permet des expériences mises à l’échelle dans le temps et dans l’espace de la déformation naturelle. Dans cette thèse nous analysons quantitativement l’évolution texturale des gabbros d’une zone cisaillement granulitique d’Hokkaido (Japon) au cours de la mylonitisation et nous comparons ces données à un modèle physique développé directement à partir de la théorie biphasique de l’endommagement. L’étude de cet exemple naturel montre une évolution non seulement des distributions de tailles de grains mais aussi de l’organisation spatiale des phase minérales au cours de la mylonitisation avec une phase de ségrégation ou « clustering » des phases suivie d’une phase de mélange. Cette évolution découle directement des mécanismes de fluage actifs. Pour représenter cette évolution nous présentons un modèle physique où l’interface dépend des tailles moyennes de grains, une variable mesurant la quantité de mélange est aussi proposée. Les résultats numériques avec deux phases minérales différentes montrent que ce sont les fonctions de partition du taux de travail de déformations qui contrôlent l’évolution de la texture modélisée. La comparaison avec les données naturelles permet d’en contraindre les valeurs.

The understanding of polymineralic rock rheology and their relationship with strain localization is a crucial point to decipher lithospheric deformation properties. For this purpose, numerical models appear to be a powerful tool as they allow for scaled experiments. In this thesis we quantitatively analyze the textural evolution of granulitic gabbros from Hokkaido (Japan) during mylonitization and compare the data to a physical model built upon the two-phase and damage theory. The study of this natural example shows an evolution of both the grain-sizes distributions and the spacial organization of the mineral phases during mylonitization. The rock displays a stage of clustering followed by a stage of intense mixing. This evolution appears to be directly related to the active creep mecanisms. In order to represent this evolution, we present a physical model where the interface depend on the mean grain-size of both phases, a variable measuring the mixture quantity is also proposed. The numerical results using two different mineral phases demonstrate the central role of the deformational work rate partition functions. Comparing numerical results with the naturalcase studies data allows to constrain their values.