Le rôle des réactions métamorphiques pour la localisation de la déformation dans la croûte moyenne et inférieure : Observations de terrain et expériences de déformation

Shear zones arise from strain localization into rocks of the crust and uppermost mantle during deformation of the lithosphere. By accommodating a large amount of strain, these shear zones have a direct control on rheology and dynamics of the lithosphere. Based on field observations and deformation experiments, this study aims at extending the current knowledge about the rheological behavior and the development of shear zones. In this study, we highlight that the rheological behavior of polyphase materials is extremely sensitive to their mineralogical composition and that small chemical variations can initiate strain localization – even at small shear strain - and induce large differences in resistance. Our results also show the ability of deformation to enhance mineral reactions, nucleation, the development of fine-grained mixed zones and, conversely, how such an evolution in microstructures eventually results in strain localization and weakening of polyphase aggregates. Phase compositions, in as much they control the reactivity, play a first-order role on both the initiation of weakening but also on the long-term evolution and strength of shear zones. Overall, our study illustrates that the rheology of rocks cannot be summarized as being controlled by monophase materials. In order to further use the rheological models as a predictive tool for lithospheric rheology, it seems essential to take into account both the complexity of regional structures (such as shear zone areas) and the complete nature of rocks that compose them, including the rheology of polyphase material in presence—or in absence—of feedback between deformation and reactions.Les zones de cisaillement résultent de la localisation de la déformation dans les roches de la croûte et du manteau supérieur au cours de la déformation de la lithosphère. En accommodant une importante quantité de déformation, ces zones de cisaillement exercent un contrôle direct sur la rhéologie et la dynamique de la lithosphère. En s’appuyant sur des observations de terrain et des expériences de déformation, cette étude aspire à élargir les connaissances actuelles sur la rhéologie et le développement des zones de cisaillement. Dans cette étude, nous mettons en évidence que le comportement rhéologique des matériaux polyphasés est extrêmement sensible à la composition minéralogique, dans la mesure où de faibles variations chimiques peuvent initier la localisation de la déformation – même à faible contrainte de cisaillement – et induire de larges différences de résistance. Nos résultats exposent également la capacité dont fait preuve la déformation pour faciliter les réactions minérales, la nucléation, la formation de mélange de phases à grains fins et, inversement, comment une telle évolution des microstructures aboutit à la localisation de la déformation et à l’affaiblissement des matériaux. La composition des phases minérales, dans la mesure où elles régissent la réactivité, participe grandement à l’initiation de l’affaiblissement et à l’évolution à long terme de la résistance des zones de cisaillement. Globalement, notre étude atteste que la rhéologie des roches ne peut se résumer au comportement rhéologique des matériaux monophasés. Afin de recourir à l’utilisation de modèles rhéologiques pour prédire la résistance de la lithosphère, il semble nécessaire de prendre en compte à la fois la complexité des structures régionales (comme les zones de cisaillement) et la nature complète des roches qui les composent, notamment la rhéologie des matériaux polyphasés en présence — ou non — de la rétroaction entre la déformation et les réactions