Cours de Tectonique   I) INTRODUCTION a) Définition: b) Moteur de la Tectonique: La Terre = planète active c) Déformations (x) , Forces (F), contraintes (s = F/S), Les déformations (x) = ellipsoïde des déformations (l1, l2, l3) Les forces = traction et compression agissant sur les plaques Les contraintes (s) = ellipsoïde des contraintes (s1, s2, s3) Relations Contraintes/Déformation = rhéologie II) La deformation Discontinue (fragile = cassante) Les structures et leur interprétation Les divers types de failles: inverse, normale, décrochante Fractures d'extension: Joint / diaclase : Joints stylolitiques III) La tectonique cassante A l'echelle regionale Extension: grabbens, rifts et bassins Compression: écaillage et inversion tectonique Décrochement: failles coulissantes et décrochantes, bassins en pull apart IV) La deformation continue (ductile): introduction a) Les mécanismes de la déformation ductile - le réseau cristallin - la diffusion dans le réseau - les mécanismes à l'échelle des grains b)Les structures homogènes de la déformation ductile - schistosité: - linéations c) Les structures hétérogènes de la déformation ductile - les zones de cisaillement - les plis V) La tectonique ductile a l'echelle regionale - subduction, plissement et chevauchements - les décrochements ductiles - extension océanique et structure de dômes extensifs VI ) CONCLUSIONS

Une contrainte : force exercée sur une surface

Une contrainte : force exercée sur une surface

Une contrainte : force exercée sur une surface Une contrainte forte sur une petite surface va engendrer des déformations importantes sur les roches. 1 (pound) Ib = 0,45 kg 1 inch (In) = 23,96 mm

Une contrainte : force exercée sur une surface , la contrainte (stress) est un vecteur s = F/s la contrainte s’exprime en Pa ou en bar (leurs multiples en géologie sont le Kbar et le 1Gpa ( 1 Gpa = 10 kbar).

Une contrainte : force exercée sur une surface , la contrainte (stress) est un vecteur s = F/s la contrainte peut aussi être oblique par rapport à la surface sur laquelle elle s’applique

Forces aux limites de plaques Une contrainte : force exercée sur une surface. Qu’est ce qu’une force et d’où vient-elle? En géologie structurale une force peut générer la mise en mouvement d’un objet F = m.a On distingue deux types de force:- les forces de volume qui affectent tout le volume de la roche et les forces aux limites de plaques, ce sont les forces tectoniques en générale (traction de la plaque plongeante). le fromage s’étale sous son propre poids= force De volume Forces aux limites de plaques

Contrainte déviatorique Ellipsoïde de la Contrainte déviatorique Contrainte principale Contrainte minimum Contrainte intermédiiaire Relation géométrique entre contrainte et déformation: De façon intuitive, on peut penser que les deux sont liés de façon assez simples : à la contrainte principale s1 correspond l’axe de raccourcissement Z, et à s3 correspond l’allongement X. Méfiance ! C’est une vue simpliste, qui ne marche pas toujours surtout dans le domaine de la déformation ductile. Dans le doute, décrivez les structures observées dans des roches (terrain, carte, échantillons…) uniquement en terme d’ellipsoïde de déformation

Rhéologie: Contrainte et déformation sont reliées par des lois physiques, les lois rhéologiques. La rhéologie est l’étude des relations entre ces deux grandeurs.

La loi de Hooke définit le comportement du solide soumis à une contrainte et qui se déforme de façon élastique. La déformation est proportionnelle à la contrainte.

Module de Young Mpa Roches et minéraux Métaux purs

Les séismes: exemples spectaculaires de la fracturation des roches

t = 0,85 sn pour s < 200Mpa t = 60+0,6sn pour s > 200Mpa Comment se passe les changements de comportement? t = 0,85 sn pour s < 200Mpa t = 60+0,6sn pour s > 200Mpa Le comportement cassant des matériaux est décrit par la loi de Byerlee (1978) Cette loi prédit le comportement d’un matériau pré fracturé en fonction de la profondeur et de la différence des contraintes appliquées (s1-s3) pour obtenir un déplacement le long d’une fracture. La relation entre la contrainte normale s et la contrainte cisaillant t est linéaire comportement fragile des matériaux (quelque soit leur nature) est linéaire. La contrainte nécessaire pour créer un glissement augmente avec la P de confinement

Dans la croûte continentale la contrainte normale sn Augmente avec la profondeur : sn = rgz

Lois de fluage pour différents types de matériaux

e = vitesse de déformation (S-1) La loi de fluage la plus utilisée est celle de Weertman (1968) qui met en relation la contrainte déviatorique Et la vitesse de déformation. . e = vitesse de déformation (S-1) s1-s3 contrainte déviatorique en Mpa Q = énergie d’activation en J/mole R = cte des gaz parfaits, T = température, A cte , n exposant de s compris entre 3 et 5

En combinant les lois de comportement fragile (Byerlee) et ductile (Weertmann) on Construit le profil rhéologique d’une lithosphère L’étude expérimentale de résistance des matériaux permet d’appréhender Le comportement des roches la lithosphère. Pour une lithosphère continentale par exemple on utilise les minéraux Caractéristiques de roches de la croûte continentale (quartz, feldspaths) Qui représentent les granites et les quartzites. Pour les minéraux caractéristiques Des roches mantelliques on prendra l’olivine (minéral important dans la péridotite).

Déformation fonction des Pression/Température

Les paramètres physiques qui influence la déformation ductile: On parle de déformation ductile lorsque la déformation plastique ou visqueuse n’est pas localisée et affecte le matériau dans son ensemble -> déformation continue (exemple: pâte à modeler, silicone lors d’une déformation lente). Les paramètres physiques qui influence la déformation ductile: Influence de la P de confinement Influence de la T° Influence de la vitesse de déformation fracturation retardée par augmentation de la pression de confinement. Si la pression de confinement atteint des valeurs élevées supérieure s à 30 MP, la rupture n’existe plus. Si la pression des fluides est élevée, on aura une déformation cassante à n’importe quelle profondeur De façon assez intuitive, l’augmentation de température diminue la résistance des roches, et les rend plus ductiles. La combinaison des 2 effets précédents rend bien compte d’une observation classique, qui est que la croûte supérieure est cassante et la croûte inférieure ductile Vitesse de déformation: -expérience en laboratoire: de 10-9 à 10-5 s-1 -phénomènes géologiques: de 10-14 à 10-5 s-1 Diminution du domaine plastique et augmentation du domaine élastique. Pour des vitesses de déformation croissantes, le domaine plastique diminue la Roche devient cassante.

Du point de vue microscopique la déformation intragranulaire permanente d’un cristal Peut avoir 2 origines: 1) transport de matière par diffusion orientée sous contrainte à travers le réseau cristallin Elle s’exprime par e ∞ D s (loi newtonienne) Cette diffusion se fait sans fluide , il s’agit d’auto-diffusion dans le cristal , les atomes sont « poussés » vers les faces à basse Pression (en direction de s3 et Prennent la place des vides présents Dans le réseau cristallin. Ce type de déformation se nomme : Fluage diffusion ou fluage Nabarro-Hering Une variante à ce type de diffusion est le fluage Coble plus efficace à plus basses T° (il est aussi newtonine)

Du point de vue microscopique la déformation intragranulaire permanente d’un cristal Peut avoir 2 origines: 2) le mouvements de dislocations: glissement ou montée des dislocations. La déformation se fait sans changement de volume. (Dislocation creep) Elle s’exprime par e ∞ sn n ≈ 3

Ce type de fluage forme des textures très reconnaissables au microscope (en particulier dans les quartz) : - Extinction roulante (undulose extinction), qui résulte de la distribution irrégulière des dislocations dans un cristal, et donc des plans cristallographiques un peu désordonnés ;

Recristallisation dynamique: il s’agit de l ’amplification des processus de glissement de dislocation , les limites ge sous-grain deviennent de vraies bordures de cristaux et on forme une mozaïque De nombreux petits grains.