influence de la nappe des phyllades sur la cinématique de l’ouest du golfe de Corinthele concept du « dipping pie »

influence de la nappe des phyllades sur la cinématique de l’ouest du golfe de
Corinthele concept du « dipping pie »

Problématique et concept du « dipping pie »:

Influence de l’héritage structural : l’idée

Les nappes misent en place lors des processus orogéniques ne sont pas toutes de même nature lithologique. Leur comportement mécanique n’est donc pas identique. Soumises aux mêmes contraintes régionales, les nappes les plus faibles accommodent plus de déformation que les nappes compétentes. Le problème discuté ici ne concerne pas la réactivation de chevauchement au sens d’une ancienne faille. Il concerne plutôt le problème de l’utilisation préférentielle de contrastes lithologiques forts qu’ils soient sédimentaires (alternance argile/sable, calcaire/flysch) ou, induits par la tectonique (différentes nappes allochtones). L’étude présentée ici est très différente en terme de modélisation des approches habituelles. Généralement, les modèles de rifting considèrent un milieu homogène ou transverse isotrope (« layered cake »). Le but des expériences numériques est alors de contraindre, en terme de localisation de la déformation, la sensibilité des modèles à des facteurs adoucissants. L’optique de ce travail est différente. Il s’agit de prendre en compte une légère modification dans le modèle de départ habituel en considérant simplement que notre cher « jelly sandwich » à subit un petit basculement initial pour reproduire des couches géologiques de lithologies différentes possédant un certain pendage. Ce modèle fort simple prendra dès maintenant le nom de « dipping pie ».

Analyse qualitative

Lorsqu’on trace les enveloppes rhéologiques de la nappe et de l’encaissant le problème de l’utilisation d’un contraste lithologique se pose clairement. Au premier abord, on peut définir quatre zones en fonction de la profondeur (Figure 74-A). La première correspond au sommet de l’enveloppe où les deux lithologies se déforment selon la même loi de comportement : la loi de Byerlee [1978]. La seconde se situe dans la partie où la nappe faible se déforme selon une loi qui est fonction du taux de déformation, tandis que l’encaissant se déforme encore selon la loi de Byerlee [1978] donc en fonction de la quantité de déformation. Cette partie ne peut en aucun cas être stable. On définira ici ce phénomène comme une instabilité de type I. Figure 73 Effet d’une nappe faible sur la transition fragile ductile Le concept du « dipping pie » 174 Puis vient la troisième partie, dans laquelle les deux lithologies se déforment suivant des lois similaires mais avec des viscosités effectives différentes. On se retrouve dans le même domaine d’instabilité que celui du boudinage. C’est à dire, si l’interface est perpendiculaire à la contrainte principale (cas de la nappe horizontale), alors la déformation est stable. Dans les autres cas, des différences de pression Figure 74 A : sur un profil 1D vertical, on peut définir quatre zones selon la profondeur correspondant à quatre types d’interactions possibles. Certaines sont stables (1 & 4) d’autres instables (2 & 3) et mènent à la localisation de la déformation. B : la présence d’une nappe faible introduit un découplage dans le modèle entraînant une réduction l’épaisseur élastique équivalente (EET). Si la nappe faible possède un pendage on observera forcément des variations latérales de résistance qui induisent alors une possibilité de localiser la déformation. C : Les lois de fluage peuvent avoir des formes différentes si l’on considère l’énergie d’activation ou le facteur pré-exponentiel. L’une ou l’autre des zones instables peut alors être favorisée. Le concept du « dipping pie » 175 entre l’encaissant et la nappe vont provoquer une déformation instable dont il est à priori difficile d’établir la géométrie. Nous l’appellerons type II. Enfin, en profondeur les deux lithologies ont des viscosités effectives toujours différentes mais si faibles que la déformation va rester stable aux vitesses de déformation possibles dans la croûte. Après avoir défini les deux types d’instabilités que nous pouvons attendre dans nos modèles. Il est possible de prévoir leur impact en terme d’épaisseur élastique équivalente. On observe que plus le pendage de la nappe faible augmente et plus la zone de diminution de l’épaisseur élastique équivalente diminue (Figure 74-B). On peut s’attendre à voir un rift très localisé se former autour de cette nappe. Pour le cas de la nappe horizontale, on comprend rapidement que seul un type d’instabilité peut exister. Si la nappe se trouve à faible profondeur, les interactions cassant-ductiles de type I prédominent alors que si elle se trouve à forte profondeur, sa présence favorise le boudinage de la croûte. La nature du matériau a aussi une importance majeure en terme d’énergie d’activation (Figure 74-C). Deux matériaux peuvent avoir leur transition cassant ductile à la même profondeur mais des natures cristallines différentes. Dans ce cas, les conditions correspondent au cas 3, et seules les instabilités de type II peuvent se développer. 

Paramétrisation de l’étude thermomécanique 2D 

Conditions initiales

Une chaîne de montagne possède plusieurs unités (nappes) superposées le long de structures en plat et rampe constituant au final une pile de nappes de différentes rhéologies qui peuvent influer sur la géométrie des structures post-orogéniques. Pour simplifier l’interprétation des résultats, une seule nappe, plus faible que celles qui l’entourent, a été considérée dans les modèles présentés ici. Le but final de l’étude étant d’étudier le golfe de Corinthe, l’épaisseur de la nappe a été fixée à un kilomètre et demi pour représenter l’unité des Phyllades. B _ Conditions aux limites La température est fixée au sommet et à la base de la boîte tandis qu’une condition de flux nul est appliquée sur les bords latéraux. Sur les parois latérales, la vitesse horizontale est fixée alors que verticalement les modèles sont libres de glisser. Le sommet est une surface libre. La réponse d’un substrat visqueux infini est calculée et appliquée à chaque pas de temps à la base des modèles. La vitesse aux limites peut varier dans les différents modèles. Figure 75 Géométrie initiale en plat et rampe Figure 76 Conditions aux limites thermiques (haut) et mécaniques (bas) Le concept du « dipping pie » 176 C _ Remaillage L’algorithme de remaillage utilisé pour les modèles présentés ici consiste à recadrer le modèle latéralement et à ajouter de la matière à la base du modèle à chaque remaillage. Cette manipulation permet, tout en appliquant une vitesse de déformation constante de garantir aussi un taux de déformation constant au cours de l’extension. Elle peut, par contre, créer un décalage des structures par rapport au centre du modèle au cours du temps (notamment en Figure 86).