Literatura científica selecionada sobre o tema "Rhéologie des failles"

La rugosité multi-échelle de l'interface d'une faille est à l'origine de multiples aspérités qui établissent un ensemble complexe et discret de contacts réels. Puisque les aspérités contrôlent l'initiation et l'évolution du glissement de la faille, il est important d'explorer les relations intrinsèques entre le comportement collectif des aspérités locales et la stabilité frictionnelle de la faille globale. Nous proposons ici une nouvelle approche expérimentale analogique, qui nous permet de capturer l'évolution temporelle du glissement de chaque aspérité sur une interface de faille. Nous constatons que de nombreux événements déstabilisants à l'échelle de l'aspérité locale se sont produits dans la phase de renforcement du glissement, qui est conventionnellement considérée comme le régime stable d'une faille. Nous calculons le couplage intersismique pour évaluer les comportements de glissement des aspérités pendant la phase de renforcement du glissement. Nous montrons que le couplage intersismique peut être affecté par les interactions élastiques entre les aspérités par l'intermédiaire de la matrice molle encastrée. Les lois d'échelle des événements naturels de glissement lent sont reproduites par notre configuration, en particulier l'échelle moment-durée
The multi-scale roughness of a fault interface is responsible for multiple asperities that establish a complex and discrete set of real contacts. Since asperities control the initiation and evolution of the fault slip, it is important to explore the intrinsic relationships between the collective behavior of local asperities and the frictional stability of the global fault. Here we propose a novel analog experimental approach, which allows us to capture the temporal evolution of the slip of each asperity on a faulting interface. We find that many destabilizing events at the local asperity scale occurred in the slip-strengthening stage which is conventionally considered as the stable regime of a fault. We compute the interseismic coupling to evaluate the slipping behaviors of asperities during the slip-strengthening stage. We evidence that the interseismic coupling can be affected by the elastic interactions between asperities through the embedding soft matrix. Scaling laws of natural slow slip events are reproduced by our setup in particular the moment-duration scaling

Ces vingt dernières années, le développement de réseaux haute résolution sismologiques et géodésiques denses a permis la découverte de nouveaux signaux géophysiques parmi lesquels on trouve les trémors non-volcaniques (Non-volcanic tremor, NVT, Obara 2002) et les glissements lents épisodiques (Slow Slip Event, SSE, Dragert et al., 2001). La combinaison de NVT et de SSE est communément observée le long des frontières de plaques, entre la zone sismogénique bloquée à faible profondeur et la zone en fluage ductile à plus grande profondeur (Dragert et al., 2004). Cette association définie des glissements et trémors épisodiques (Episodic Tremor and Slip, ETS), systématiquement associés à des surpressions de fluides et à des conditions proches de la rupture. Dans cette thèse, nous proposons de combiner une étude microstructurale de roches exhumées avec une approche par modélisation numérique afin de reproduire et de mieux comprendre la mécanique des glissements et trémors épisodiques.Nous nous sommes concentrés sur des roches continentales provenant de la Zone de Cisaillement Est du Tende (Corse, France), correspondant à une zone de cisaillement Alpine kilométrique ayant enregistré une déformation dans la zone de subduction (10 kb / 400-450°C, Gueydan et al., 2003). Ces conditions pression-température sont cohérentes avec la localisation des ETS dans les zones de subduction. Les analyses microstructurales et EBSD de ces roches mettent en évidence des localisations de la déformation le long de zones de cisaillement centimétriques contrôlées par une rhéologie dépendante de la taille des grains. La microfracturation de la phase dure (ici du feldspath) et le colmatage de ces microfractures correspondent, respectivement, à de processus de réduction et d’augmentation de la taille des grains.La plupart des récentes modélisations des ETS sont basées sur une loi frictionnelle dite rate-and-state, associant les SSE et les NVT à un cisaillement sur un plan. Contrairement à ces modèles, nous souhaitons modéliser l’ensemble de la roche (et non pas uniquement un plan) avec une rhéologie ductile dépendante de la taille des grains directement guidée par nos observations microstructurales (avec microfracturation et colmatage), Nous faisons l’hypothèse que les SSE peuvent résulter d’une localisation ductile de la déformation et non d’un glissement sur des fractures. Durant la localisation de la déformation, le pompage des fluides peut déclencher une fracturation de la roche par surpression de fluide, ce qui pourrait être la signature des NVT. Le modèle numérique 1D présenté ici nous permettra de valider ces hypothèses. En suivant la loi de Darcy, notre approche nous permet également de prédire les variations de la pression de pore en fonction des variations de la porosité/perméabilité et du pompage des fluides.Les résultats numériques montrent que l’évolution dynamique des microstructures, dépendante des fluides, définie des cycles de localisation ductile de la déformation liés aux augmentations de la pression de fluide. Notre modèle démontre que la disponibilité des fluides et l’efficacité du pompage des fluides contrôlent l’occurrence des ETS. Nous prédisons également les conditions pression-température nécessaires au déclenchement des ETS : 400-500°C et 30-50 km de profondeur en subduction, et ~500°C et 15-30 km de profondeur le long des zones de décrochement. Ces conditions PT sont cohérentes avec les exemples naturels.Aussi simple soit-elle, notre modèle mécanique s’appuyant sur des observations de terrain décrit correctement la relation entre surpressions de fluides, rhéologie dépendant de la taille des grains et le déclenchement des ETS. Des travaux restent à entreprendre comme par exemple la comparaison directe de nos résultats avec des données géophysiques (GPS) ou bien l’introduction d’un nouvelle assemble minéralogique, comme par exemple des roches mafiques pour prendre en compte des minéralogies océaniques
These last twenty years, the development of dense and highly sensitive seismologic and geodetic networks permits the discovery of new geophysical signals named non-volcanic tremor (Obara 2002) and slow slip events (Dragert et al., 2001). The combination of non-volcanic tremor and transient slow slip is commonly observed at plate interface, between locked/seismogenic zone at low depths and stable/ductile creep zone at larger depths (Dragert et al., 2004). This association defines episodic tremor and slip, systematically highlighted by over-pressurized fluids and near failure shear stress conditions. In this thesis we propose to combine a microstructural analysis of exhumed rocks with a modeling approach in order to accurately reproduce and understand the physics of episodic tremor and slip.We focus on continental rocks from the East Tenda Shear Zone (Corsica, France), a kilometer-wide localized Alpine shear zone that record HP/LT deformation (10kb / 400-450°C, Gueydan et al., 2003). Such pressure-temperature conditions are consistent with the location of episodic tremor and slip in subduction zone. Microstructural and EBSD analyses on these rocks describe a pattern of strain localization in centimeter-scale shear zones guiding by a grain size-sensitive creep. Microfracturing of the strong phase (feldspar here) and the sealing of these microfractures act, respectively, as grain size decrease and grain size increase processes.Most of recent modeling approaches of episodic tremor and slip are based on the rate-and-state variable friction law, describing slow slip event and non-volcanic tremor as slow shear slip on a plane. In contrast with such models, we wish to model the entire rock volume, with a ductile grain size-sensitive rheology guided by our microstructural observations (e.g. microfracturing and sealing as grain size variation processes). We hypothesize that slow slip events may result from ductile strain localization and not transient slip on fractures. Fluid pumping during strain localization may trigger whole rock fracturing at near lithostatic conditions that can be the signature of non-volcanic tremor. The 1D numerical model presented here will allow us to validate these assumptions.We also can predict pore fluid pressure variation as a function of changes in porosity/permeability and strain rate-dependent fluid pumping following the Darcy’s flow law. The fluid-enhanced dynamic evolution of microstructure defines cycles of ductile strain localization related to the increase in pore fluid pressure. We show that slow slip events can be ductile processes related to transient strain localization, while non-volcanic tremor can correspond to fracturing of the whole rock at peak of pore fluid pressure. Our model shows that the availability of fluids and the efficiency of fluid pumping control the occurrence of episodic tremor and slip. We also well predict the temperature and depth ranges of episodic tremor and slip: 400-500°C and 30-50 km in subduction zones and ~500°C and 15-30 km in strike slip settings, consistent with natural examples.As simplistic as it is, our field-guided mechanical model well describe, at first order, the relation between high pore fluid pressure, grain size-sensitive rheology and episodic tremor and slip. Some efforts remain to be done like a real fit of geophysical data (GPS) or the introduction of the new mineralogical assemblage, such as mafic rocks to reproduce oceanic environment

La modélisation expérimentale permettant une observation facile en 3 dimensions apparaît comme étant l'outil idéal pouvant arder à la compréhension de la genèse, du fonctionnement et de la géométrie des zones décrochantes sur le terrain. L'application à la modélisation expérimentale de la tomographie aux Rayons X a permis de mettre en évidence que dans une couverture sédimentaire purement fragile les failles s'initialisent sur la faille de socle et se propagent vers le sommet. A l'opposé, en présence d'un niveau ductile, les failles s'initialisent à la surface de la pile sédimentaire et se propagent vers la base. Dans une étude sur le décrochement oblique, différentes co nfigurations i) de faille de socle (normale, verticale ou inverse), ii) de déplacement imposé sur le plan de faille et iii) composition rhéologique (couverture purement fragile ou fragileductile) ont été tèstées. Une étude sur la réactivation en contexte décrochant a ég alement été envisagée. Dans un premier stade de déformation, un champ de failles est créé au dessus d'une faille de socle inverse, verticale ou normale, pour différentes rhéologies. Puis ces champs de failles sont déformés en contexte purement décrochant. Les failles sont communément réactivées en profondeur. En surface, la réactivation est moins évidente, mais les structures antérieures controlent la localisation et la géométrie des décrochements. L'analyse des zones décrochantes compressives est ensuite abordée. Le travail de modélisation met en évidence la séparation des déplacemen familles de failles dans des systèmes fragile-ductiles. Une étude de terra été réalisée en Colombie, mettant en évidence le jeu décrochant et décrochevauchant d'une faille active (la faille de Bucaramanga). Enfin la formation et le fonctionnement simultanés de plis et de failles au dessùs d'un décrochement de socle sont envisagés, à la fois sur des exemples naturels dans le domaine Sud-Caraïbes, et par une approche expérimentale.

Le Metamorphic Core Complex de Mykonos se caractérise par une intrusion granitique recoupée à son sommet par un détachement cataclastique. L’étude de la déformation dans l’unité sédimentaire syn-tectonique, associée au réseau de veines contemporain du jeu du détachement, montre que ce dernier a été actif à faible pendage et à faible profondeur. La synthèse des données collectées sur les îles d’Andros, de Tinos et de Mykonos montre que les détachements nord-cycladiques peuvent être considérés à différents stades d’évolution comme une unique structure d’échelle crustale (le Système de Détachement Nord-Cycladique) pouvant accommoder l’extension régionale et l’exhumation des roches profondes. Si les observations de terrain suggèrent un jeu à faible pendage de failles normales dans la croûte fragile, l’activité sismique liée à ces failles est presque inexistante, en accord avec les angles de blocage des failles prédits par la mécanique andersonienne. Afin de réconcilier observations de terrain et mécanique, nous proposons un nouveau modèle de réactivation de failles en considérant la faille comme une fine couche déformable plastiquement, contrairement au modèle classique de réactivation. Ce modèle permet, notamment, de déterminer les quantités de déformation plastique que peuvent accommoder les failles au cours du cisaillement avant leur blocage. La réactivation d’une faille à faible pendage en extension est possible complètement ou partiellement et peut être associée à la formation de veines et de failles normales dans l’encaissant. La réactivation est favorisée pour une faille compactante et se produit en régime durcissant, suggérant un comportement asismique de la faille.

La déformation intraplaque équatoriale entre l'Inde et l'Australie est une exception au concept classique de plaques rigides. A l'aide du GPS en champ lointain et du style de déformation des séismes, nous dérivons les champs de déformation et de vitesse instantanés. Nous montrons que l'Australie joue un rôle moteur dans l'initiation de la déformation intraplaque. Une réinterprétation des profils sismiques acquis dans la région permet de dater l'initiation de la déformation à 9Ma. La cinématique instantanée est en accord avec un continuum de déformation depuis cette date. Une anomalie de flux de chaleur est observée au cœur de la zone. Nous montrons par modélisation thermique que la serpentinisation exothermique du manteau océanique hydraté grâce aux failles est la source la plus plausible de l'anomalie thermique. Il ne s'agit alors pas d'une cause mais d'une conséquence de la déformation, ce qui signifie qu'il faut chercher ailleurs les raisons de la localisation équatoriale des failles. La réactivation inverse des failles normales de la fabrique océanique est largement observée dans la zone et pourrait expliquer la localisation. Cependant, seule une sélection de ces failles est aujourd'hui toujours active. Ce phénomène est reproduit grâce à un modèle aux éléments finis dans lequel on applique un adoucissement rhéologique sensible à la déformation, suivi d'un adoucissement sensible au taux de déformation. Des réactivations à plus court terme ont eu lieu après les séismes de subduction d'Aceh et de Nias. Nous montrons que ceux-ci exercent un contrôle sur le style de déformation du bassin de Wharton en favorisant le décrochement au détriment des failles inverses
The intraplate deformation between India and Australia is a notable exception to the classical rigid plate assumption. Using GPS positioning and principal axes from earthquakes focal mechanisms, we derive the instantaneous deformation and velocity fields. We show that Australia drives the initiation of deformation. Seismic profiles acquired in the region allow the datation of the onset of deformation around 9 Ma. The instantaneous kinematics is in good agreement with a continuum of deformation since that time. A large heat flow anomaly is observed in the equatorial Central Indian Basin at the heart of the deformed area. Thermal models show that the exothermic serpentinization of the oceanic mantle peridotites is the most probable source of the thermal anomaly. Hydration of the ocenaic mantle through faults is however a consequence of deformation and not a cause, which does not explain the localization of faults. Reactivation of normal faults from the oceanic fabric seems ubiquitous in the area and it could be a suitable localization mechanism. However, only a selection of faults are still active today. This selective abandonment is reproduced using a 2D finite element model of lithosphere shortening where strain weakening is followed by strain-rate weakening when faults are mature enough. At shorter time-scales, significant reactivation of transform faults happened in the Wharton Basin after the Aceh and Nias subduction earthquakes. We show that these earthquakes trigger preferentially strik-slip faults and inhibit reverse faults

De nombreuses failles à faible pendage (pendage inférieur à 30°) ont été décrites en domaine continental extensif depuis leur mise en évidence dans la province des Basin and Range (USA). Bien que les observations de terrain suggèrent, dans plusieurs régions, que le jeu d'une faille se produit à faible pendage dans la croûte cassante (Apennins, Italie ; Basin and Range, USA; Alpes orientales), l'activité sismique liée à ces failles est presque inexistante et est en accord avec les angles de blocage des failles prédits par la mécanique andersonienne associée à la loi de Byerlee. L'étude des Metamorphic Core Complex et de l'exhumation de détachements dans les Cyclades permet d'obtenir un modèle figé de la croûte continentale en extension. Le Metamorphic Core Complex qui affleure sur l'île de Mykonos se caractérise par une intrusion granitique (laccolite) dans le dôme migmatitique, recoupé à son sommet par un système de détachements composé de deux branches. La branche inférieure ductile du détachement met en contact la Nappe Supérieure Cycladique, constituée de métabasites, et le laccolite. La branche supérieure cataclastique du détachement juxtapose une unité sédimentaire molassique sur la Nappe Supérieure Cycladique ou directement sur le laccolite. Le détachement cataclastique conditionne la sédimentation syn-tectonique dans les bassins. Associée au réseau de veines contemporain du jeu du détachement, la déformation dans l'unité sédimentaire montre que le détachement cataclastique de Mykonos a été actif à faible pendage et à faible profondeur, au moins au cours des derniers incréments de déformation. La synthèse des données collectées sur les îles d'Andros, de Tinos et de Mykonos montre que les détachements nord-cyladiques peuvent être considérés à différents stades d'évolution comme une seule et unique structure d'échelle crustale (le Système de Détachement Nord-Cycladique) pouvant accommoder l'extension régionale et l'exhumation des roches de l'unité inférieure. L'étude de l'Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique (ASM) dans le laccolite, couplée aux observations de terrain, a permis de mettre en évidence une rotation de l'unité inférieure du détachement de Mykonos autour d'un axe vertical, compatible avec les données paléomagnétiques disponibles dans la littérature. Afin de réconcilier observations de terrain et mécanique des roches, nous proposons un nouveau modèle de réactivation de failles en considérant la faille comme une fine couche déformable plastiquement, contrairement au modèle classique suggérant une dislocation avec des propriétés frictionnelles. Notre modèle permet alors d'inclure les variations volumiques de la zone de faille au cours du cisaillement, et notamment, de prendre en compte des coefficients de dilatation faibles voir négatifs (faille compactante), souvent observés en laboratoire ou sur le terrain. Notre modèle permet, en particulier, de déterminer les quantités de déformation plastique que peuvent accommoder ces failles au cours du cisaillement avant leur blocage. Les angles de blocage obtenus dans notre modèle varient peu par rapport au modèle classique de réactivation de faille, qui apparaît comme un cas particulier de notre modèle. La réactivation d'une faille à faible pendage en extension est alors possible complètement ou partiellement et peut être associée à la formation de veines et de failles normales dans l'encaissant. La réactivation est alors favorisée lorsqu'il s'agit d'une faille compactante et se produit en régime durcissant, suggérant ainsi un comportement asismique de la faille.

Cette thèse porte sur la mesure par interférométrie radar (InSAR), et la modéli\-sation de faibles déformations, de moyennes à grandes longueurs d'onde spatiale. L'InSAR s'est révélée être, depuis quelques années, un outil performant pour mesurer de petites déformations, à la condition, notamment, de corriger suffisamment les délais atmosphériques perturbant le signal radar et la mesure de la déformation. Une partie de cette thèse montre des développements méthodologiques spécifiques effectués afin d'obtenir une mesure subcentimétrique effective sur deux chantiers d'application. Les deux études présentées dans ce manuscrit montrent deux approches différentes, liées aux contraintes matérielles (nombre d'images/nombre d'interférogrammes calculables) et au type de déformation recherché. Dans un premier temps, j'ai mesuré la déformation autour du lac Mead (Nevada, USA). Cette déformation est due aux fluctuations du niveau d'eau du lac depuis sa mise en eau en 1935. Pour quantifier cette déformation, et contraindre les paramètres visco-élastiques de la lithosphère dans la région du lac Mead, j'ai analysé 241 interférogrammes calculés avec des images acquises par les satellites ERS entre 1992 et 2002. L'inversion des interférogrammes corrigés des délais orbitaux et tropostatiques a permis d'établir la série temporelle du déplacement du sol sur ces 10 années. Des modèles directs montrent qu'une simple réponse élastique n'explique ni l'amplitude de la déformation, ni la longueur d'onde spatiale de la déformation. Il semble donc qu'il soit nécessaire de prendre en compte la viscosité du manteau pour retrouver la déformation. Un modèle simple, concordant avec une étude précédente \citep{kaufmann00a}, constitué d'une croûte élastique d'environ 30 km et d'un manteau supérieur présentant une viscosité de 10$^{18}$ Pa.s, explique bien les données. Dans un deuxième temps, je me suis intéressé à la déformation intersismique à travers la faille de Haiyuan (Gansu, Chine), située au nord est du plateau tibétain. Il s'agit d'une des failles décrochantes sénestres majeures qui accommode en partie la collision Inde-Asie. L'objectif était de mieux contraindre le comportement mécanique de ce système de faille, à l'origine de deux séismes de M$\sim$8 au cours du XXième siècle. Je me suis focalisé sur un segment particulier de la faille appelé ''la lacune sismique de Tianzhu'', dont la vitesse long-terme à été estimée à 12 $\pm$4 mm/an à partir d'études neotectoniques. J'ai analysé des données radar ERS acquises sur deux orbites descendantes le long de la lacune. Une fois les interférogrammes corrigés de l'erreur résiduelle orbitale et du délai tropostatique, ils ont été sommés afin d'obtenir une carte de vitesse moyenne dans la zone de faille (déterminée par les images ERS disponibles, i.e. 1993-1998). Un modèle classique de dislocation dans un demi-espace élastique homogène indique une vitesse instantanée de 6.5 $\pm$3 mm/an, mais aussi une profondeur de blocage faible autour de 1.7 km. Cependant, ce résultat peut aussi être expliqué par d'autres modèles incluant une zone d'endommagement autour de la faille ou du glissement superficiel.

Le principal avantage des réseaux d'AuH, pour la surveillance sismique des dorsales océaniques, est leur faible seuil de détection. Cependant, les variations de seuil de détection entre les réseaux d'AuH déployés au voisinage de Açores, peut influencer le nombre de séismes enregistrés. Ces variations doivent donc être analysées avant interprétation de la sismicité. L'amplitude acoustique à la source (SL) d'un séisme dépend surtout de l'efficacité de la conversion séismoacoustique mais aussi, dans une moindre mesure, des effets de propagation. Un autre avantage, la possibilité d'estimer l'erreur de localisation pour différentes géométries des réseaux et de topographie du fond, est présenté pour touts les réseaux d'AuH déployés sur la Dorsale Médio Atlantique (MAR). L'analyse de la séismicité de la MAR montre que la sismicité enregistrée par les AuH ressemble à celle enregistrée par les réseaux à terre au cours des 40 années passées. La distribution spatiale de cette sismicité est liée aux variations du régime thermique de la croute le long de la dorsale. Des essaims de séismes, enregistrés par les AuH, sont liées à des télé-séismes et les sections où ils se produisent sont les plus actives. A l'échelle du segment. les essaims se groupent en extrémité et au voisinage de maxima de la MBA. L'analyse des distributions des SL et du taux de diminution du nombre des répliques indiquent que les failles de détachement produisent des essaims avec des diminutions plus rapides du nombre des répliques, que les failles normales. Cette observation serait associée à des contraintes plus faibles sur les failles de détachement et impliquerait un niveau de serpentinisation plus important.

Cette thèse est centrée sur la caractérisation des traceurs des fluides qui interagissent avec les roches du socle et les roches sédimentaires dans les systèmes riftés hyper-amincis exposés dans la Téthys alpine, les Pyrénées et Ibérie-Terre Neuve. L’étude de ces fluides est basée sur les observations géologiques, les analyses géochimiques et les données géophysiques. Deux types de fluides ont été identifiés : les fluides associés à la croûte continentale, avec une signature caractérisée par Si et Ca, ainsi que les fluides liés au manteau en exhumation, avec une signature caractérisée par Si, Mg, Fe, Mn, Ca, Ni, Cr et V. La percolation des fluides est fortement liée à la formation des failles de détachement et à l’évolution des systèmes hyper-amincis. Le flux de fluides dans ces systèmes a des implications importantes pour les changements rhéologiques, pour la nature des sédiments et pour les modifications chimiques des réservoirs de la Terre
This thesis focus in the identification of geochemical tracers and effects of fluid that interact with basement and sedimentary rocks in hyperextended systems. The investigation of such fluids is based on geological observation, geochemical analyses and geophysical data from fossil hyperextended rift systems exposed in the Alps and in the West Pyrenees, and the present-day distal margins of Iberia and Newfoundland. Two types of fluids were identified during this study. The first type, referred to as continental crust-related fluids, has a signature of Si and Ca. The second type, referred to as mantle-related fluids, has a signature of Si, Mg, Fe, Mn, Ca, Ni, Cr and V. The fluid percolation is strongly related to the formation of extensional detachment faults and the evolution of hyperextended systems. Fluid flow in these systems has major implications for the nature of sediments, rheological changes and chemical modifications of the Earth’s reservoirs throughout its evolution

La localisation de la déformation est un facteur essentiel à l’existence de la tectonique des plaques. Cependant, elle est le résultat d’interactions non-linéaires qui relient entre elles différentes échelles spatiales et temporelles que nous ne savons pas encore capturer dans un modèle rhéologique unique. Ce travail de thèse tente de combler en partie la fracture entre l’échelle pétrologique et celle de la mécanique à l’échelle crustale. Il cherche ainsi à mesurer l’impact des circulations de fluides sur la dynamique et la cinématique des dômes métamorphiques continentaux par le biais de modèles numériques d’échelle crus- tale. Pour répondre à cette question, nous avons cherché à établir un modèle empirique des écoulements de fluide et des interactions fluide-roche valide à l’échelle de la croûte. A cette échelle, il est important de capturer d’une part l’effet des circulations de fluides sur la densité qui détermine les forces de volume disponibles comme moteur de l’exhumation, mais aussi leur capacité à limiter ou accélérer la chute de résistance des bandes de cisaillement qui déterminent les forces de surface ralentissant l’exhumation. Ce modèle empirique est basé sur une observation au premier ordre du comportement métamorphique des roches le long d’un trajet P − T rétrograde : les roches métamorphiques de haut-grade (faciès amphibolite/granulite) sont exhumées vers la surface sans se rétromorphoser, excepté dans les zones où la déformation est localisée. Ce travail consiste donc à paramétrer cette observation de manière à pouvoir l’implémenter dans un code explicite thermomécanique 2D par le biais d’un couplage hydro-thermo-mécanique prenant en compte les échanges d’eau libre/eau liée avec la roche. Il introduit aussi la prise en compte simplifiée de l’hydrothermalisme lors de l’exhumation. Les résultats montrent que cette paramétrisation permet de mieux rendre compte des observations de terrain dans une gamme de paramètres validée par les mesures de laboratoire. Les résultats obtenus en limitant la rétromorphose des roches par la disponibilité de l’eau sont significativement différents de ceux obtenus dans les études publiées qui ne prenaient pas en compte ce paramètre. La thèse démontre notamment qu’il n’y a pas besoin d’hétérogénéités préexistantes pour obtenir des dômes asymétriques. Elle montre aussi que la chimie initiale de la roche peut exacerber ou diminuer la localisation de la déformation liée à la rétromorphose limitée par l’eau et contrôler ainsi la forme des dômes métamorphiques
Strain localization is essential to the existence of plate tectonic on Earth. Yet, it is the result of non-linear interaction across several temporal and spatial scales and to date no unique rheological model exists that captures the effect of all these interactions at crustal scale. The work presented here is an attempt to fill part of the gap between out- crop scale and crustal scale models, between petrological scale and crustal scale. The central question is how to measure the effects of fluids and fluid-rock interactions on the dynamics and the kinematics of continental metamorphic core complexes by the mean of crustal scale numerical models. To answer this question, we have tried to esta- blish an empirical model of fluid flow and fluid-rock interaction, which could be valid at the scale of the crust. At that specific scale, it is important to capture the effects of free fluids both on the density of rocks, because it determines the body forces that are driving the exhumation of the crust, and on the strength of rocks and particularly on shear zones which constitute the ’hand-break’, the surface tractions, which resist this exhumation. This empirical model is based on a first order observation related to the behaviour of metamorphic rocks along the retrograde P − T path of their exhumation. High-grade metamorphic rocks (amphibolite/granulite) are indeed exhumed to the sur- face with very little retromorphose except those located within the shear bands where deformation localises. This works first consisted in parameterising this observation in a manner that could be implemented into a 2D thermo-mechanical code as an hydro- thermo-mechanical coupling which could account for free-water/rock-water exchange. In second part, a simplified scheme is introduced to account for hydrothermal cooling of the crust in the late stage of exhumation. The results show that this parameterization al- lows to better account for field observation in a range of parameters that are compatible with laboratory experiments. Limiting the retromorphose of rocks by the availability of free water is shown to produce significantly different metamorphic domes kinematics as compared to prior studies. We indeed demonstrate that it is not necessary to introduce heterogeneity in crustal composition to form asymmetric structures but that the effect of water is modulated by the chemistry of the protolith rocks which influences strain localization