Impact de la fusion partielle sur la structuration des orogenes

De nombreuses chaÓnes de montagnes anciennes exposent a líaffleurement la croute continentale moyenne et infÈrieure ou apparaissent des migmatites et des granites. Ces roches sont les tÈmoins de la fusion partielle de la cro˚te. Dans les chaÓnes de montagnes les plus rÈcentes (i.e. Himalaya, Alpes, PyrÈnÈes, etcÖ) la prÈsence de liquides silicatÈs dans la croute continentale peut Ègalement Ítre mis en Èvidence par des mÈthodes gÈophysiques (Exemple: projet INDEPTH, Brown et al., 1996; Makovsky et al., 1996; Nelson et al., 1996). En particulier, des relevÈs magnÈto-tellurique (Hashim et al., 2013 et rÈfÈrences incluses) et sismiques (Nelson et al., 1996) rÈalisÈs en Himalaya semblent confirmer la prÈsence díune croute profonde partiellement fondue, a líorigine du fluage a grande Èchelle de la croute eurasiatique (Caldwell et al., 2009). En effet, la prÈsence de liquide silicatÈ dans la croute continentale a un impact fort sur son comportement thermo mÈcanique. Dans cette partie, les principaux effets de la fusion partielle sont dÈcrits, depuis líÈchelle du grain jusquía celle de líorogËne.

RhÈologie de la croute continentale partiellement fondue 

On peut dÈcrire les roches partiellement fondues, i.e. les migmatites, comme un mÈlange entre une phase solide et une phase !liquide (le liquide silicatÈ). Plusieurs paramËtres vont conditionner le comportement mÈcanique des migmatites. La quantitÈ de liquide silicatÈ est le paramËtre de premiËr ordre contrÙlant le comportement mÈcanique et la localisation de la dÈformation (Misra et al., 2009). La prÈsence de ces liquides silicatÈs va Ègalement avoir un impact sur la baisse significative de la viscositÈ de la roche (Arzi, 1978; Rosenberg and Handy, 2005). La distribution de la phase liquide (i.e. connectivitÈ des liquides silicatÈs) joue Ègalement un rÙle majeur sur le comportement mÈcanique des migmatites (Holyoke and Rushmer, 2002; Ganzhorn et al., 2016).

La quantitÈ de liquide prÈsent dans la migmatites est un facteur prÈpondÈrant qui permet de dÈfini le comportement rhÈologique de ces roches en fonction de deux limites gÈomÈtriques :le seuil de connections de ces liquides silicatÈ et le seuil de connection de la phase solide (Figure A1, Maaloe, 1982).

En effet, lorsque que les liquides silicatÈs sont interconnectÈs (MCT, Melt Connectivity Threshold), une chute brutale de líordre de deux a trois ordres de grandeur de la rÈsistance de la roche est observÈe . Lorsque la quantitÈ de fusion partielle atteint 20 a 40% (RCMP Rheological Critical Melt Point) une autre chute brutale de prËs de dix ordres de grandeur est observÈ  . Cette limite correspond a un secteur de transition entre les roches partiellement fondues et les magmas. Au-dela, lorsque la fraction solide níest plus connectÈe on passe dans le domaine des magmas (Arzi, 1978; Rosenberg and Handy, 2005).

Fusion partielle et litage compositionnel de la croute continentale 

Les liquides silicatÈs Ètant moins denses que la fraction solide (ca. 2400kg/m³ vs. 3100 kg/m³ ; Vanderhaeghe, 2009 et rÈfÈrences incluses), la migration des liquides se fait essentiellement verticalement, permettant notamment la formation de granites dans les niveaux structuraux supÈrieurs . A contrario, la fraction solide, rÈsiduelle, síaccumule en base de croute . Vanderhaeghe (2009) souligne que cette migration des liquides anatectiques est responsable, en grande partie, de la structuration a grande Èchelle de la croute continentale ductile . Celle-ci prÈsente alors, du haut vers le bas la structure suivante, i) une zone díintrusion dans laquelle viennent se mettre en place les granites, ii) une zone partiellement fondue, iv) une zone magmatique essentiellement constituÈe de diatexite (>20% de fusion partielle) et de granite, v) et enfin, une zone díaccumulation, formÈe essentiellement des rÈsidus solides (Vanderhaeghe, 2009).

La fusion partielle a líorigine du fluage de la croue

La baisse de viscositÈ engendrÈe par la prÈsence de liquides silicatÈs permet Ègalement a la cro˚te continentale de fluer. En effet, le contraste de viscositÈ entre la croute continentale non fondue et la cro˚te partiellement fondue est responsable díun dÈcouplage mÈcanique (e.g. Labrousse et al., 2011) permettant a cette derniËre de fluer, en rÈponse aux contraintes tectoniques et/ou lithostatiques.

Le fluage de la cro˚te partiellement fondue est principalement contrÙlÈ par trois principaux facteurs, i) la flottabilitÈ (Buoyancy), ii) les gradients de pressions liÈs a la dÈformation hÈtÈrogËne de la partie solide, iii) le partitionnement de la dÈformation du au contraste rhÈologique entre les liquides de fusion et les solides (Vanderhaeghe, 2001, 2009, Brown, 2010a, 2010b; Ganzhorn et al., 2016; Weinberg et al., 2015).

En fonction du facteur dominant, plusieurs modes de fluage peuvent Ítre identifiÈs, i) le fluage vertical, ii) le fluage latÈral (parellËle a líaxe de la chaÓne), iii) le fluage horizontal (perpendiculaire a líaxe de la chaÓne), et iv) le diapirisme (dans le cas des magma (Vanderhaeghe, 2009).

Líun des exemples de fluage de cro˚te les plus souvent ÈvoquÈ est le cas du plateau TibÈtain. La prÈsence de matÈriel partiellement fondu sous le plateau tibÈtain permettrait le fluage horizontal de la cro˚te en rÈponse a des gradients de pression latÈraux (Beaumont et al., 2001). Ce fluage de cro˚te se fait alors du centre du plateau orogÈnique vers líavant pays .

De nombreux paramËtres contrÙlent ce fluage, tels que la viscositÈ, la rÈsistance de líavant pays (i.e. viscositÈ de la cro˚te infÈrieure de líavant pays plus ou moins faible), la tempÈrature du moho, líÈpaisseur crustale, líÈtendue spatiale de la zone partiellement fondue, vont jouer sur la quantitÈ et la vitesse de fluage de la croute ductile (e.g. Clark and Royden, 2000; Beaumont et al., 2001; Rey et al., 2010). Un point important est que ce fluage de la croute inferieure est synchrone de líÈrosion ce qui permet (1) líexhumation du matÈriel partiellement fondu au front du plateau continental et (2) la formation de dÙmes mÈtamorphiques .