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Du sel au diamant : minéraux en fluage à tous les étages !

/ Dimanov Alexandre / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-12-2015
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Mon mémoire concerne le comportement ductile et les mécanismes de fluage à haute température de roches silicatées de base de croûte (dominées par les plagioclases et les clinopyroxènes). Les lois de fluage de ces matériaux sont établies pour répondre aux besoins de la modélisation géodynamique basée sur le concept de profil de résistance mécanique de la lithosphère. En effet, par manque de données appropriées on a souvent assimilé le comportement de l’ensemble de la croûte à celui du quartz. De fait, la croûte inférieure est apparue comme étant intrinsèquement une zone de faiblesse mécanique entre le manteau supérieur (ductile-résistant) et la croûte supérieure (fragile-résistante). Cette vision est devenue un des grands paradigmes de la géodynamique : à savoir le modèle de la lithosphère continentale du « sandwich à la gélatine ». Mon travail s’est focalisé à revenir sur ce concept, en y apportant de nouvelles données rhéologiques. Le plan comporte trois grandes parties, qui présentent l’évolution des différentes approches que j’ai adoptées durant une quinzaine d’années. La première partie retrace une dizaine d’années d’études expérimentales classiques sur la rhéologie et les caractéristiques microstructurales de déformation a postériori. Il est montré que la résistance des roches de base de croûte n’est pas intrinsèquement inférieure à celles des roches du manteau supérieur. Aussi, les variations des profils rhéologiques de la lithosphère ne peuvent être dues à la seule minéralogie. Ces enveloppes de résistance avec la profondeur dépendent plus du type de déformation (localisation ou non), des mécanismes ductiles dominants (glissement aux joints versus plasticité cristalline), de l’évolution des microstructures et de la présence de fluides. Suit une période intermédiaire, où j’approfondis l’interprétation des données expérimentales à l’aide de simulations numériques aux éléments finis et où je montre l’extrême hétérogénéité des déformations et des contraintes locales à l’échelle de la microstructure. La dernière partie concerne cinq années de travaux expérimentaux et numériques sur le comportement rhéologique du NaCl monocristallin et polycristallin. Je montre que cet apparente « régression » vers un matériau analogue est en réalité un nécessaire retour aux origines, afin de comprendre les interactions entre les différents mécanismes physiques sous-jacents de l’écoulement ductile. La démarche choisie repose sur les observations in situ et la mesure de champs mécaniques complets multi-échelle par corrélation d’images numériques. Je conclus par une synthèse sur l’apport de ce « retour aux sources » et par les perspectives d’étendre les études multi-échelles in situ aux silicates.

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