La ségrégation et la migration des liquides de fusion lors de la déformation des migmatites : modélisation analogique, numérique et exemples de terrain

Joseph Barraud (1)

1 Laboratoire de Sciences de la Terre - ENS Lyon

We have modelled the formation and the horizontal shortening of stromatic migmatites in order to record the evolution of the melt-flow network and of the extraction processes. Thin superposed layers of partially molten wax reproduce the main characteristics of metatexites: anisotropic tensile and shear strength, moderate melt fraction (15-30 vol.%), negative buoyancy of the melt, and very high viscosity contrast between the melt and the solid matrix. The melt moves through the microscopic porosity of the wax and is expelled from compacting regions into dilatant veins. At low strain, the model shows that foliation-parallel leucosomes in flat stromatic migmatites may be veins attesting of a small amount (< 8%) of foliation-parallel shortening. During folding, inflation of melt-filled veins in the limbs (kink bands) or at the hinge (saddle reefs) generates an heterogeneous distribution of the melt and a rapid increase of the permeability in a highly anisotropic manner. With further shortening, the collapse of the macroscopic network of veins causes the melt expulsion, perpendicularly to the shortening direction. Both strain and melt extraction are increasingly localised in the axial planes of folds. The horizontal movement of the melt occurs by pulses, producing periodic extraction. If the shortening stops, the extraction rate decreases rapidly, even if the permeability high. Static extraction occurs only if a sufficiently high pressure gradient exists with a nearby low-pressure site. In the French variscan belt, an outcrop of migmatites has been studied and show structures that are comparable with the experimental ones. It shows also numerous competent enclaves that are surrounded by leucosomes. Thanks to specific analog experiments and numerical modelling, we show that this geometry is due to the pressure shadows that exist around a rigid objet in a soft matrix. This confirms that the perturbations of the pressure field govern the melt movement.

Les zones de collision continentale présentent à la fois un champ de déformation en raccourcissement et des anomalies thermiques susceptibles de faire fondre partiellement la croûte. Ainsi, la ségrégation du liquide de fusion de sa source est un processus dynamique que nous avons modélisé de façon analogique en utilisant une cire de paraffine partiellement fondue. L'analogie avec les migmatites est assurée par la structure foliée de la cire, les contrastes de viscosité entre liquide et solide et par le rapport entre les forces dues à la charge lithostatique et les forces nécessaires au raccourcissement horizontal. Le dimensionnement des expériences autorise l'application des résultats à des objets naturels dont les échelles sont comprises entre la dizaine de centimètres et la centaine de mètres. Le raccourcissement horizontal d'environ 30 à 40% de couches horizontales montre que le plissement s'accompagne de l'ouverture de veines parallèles à la foliation permettant la ségrégation du liquide. Alors que celle-ci a lieu par compaction de la matrice à l'échelle microscopique, la migration du liquide fonctionne grâce aux gradients de pression qui naissent des changements de géométrie du réseau macroscopique de veines. Etant lié à une progression continue de la déformation, ces processus s'arrêtent avec la fin du raccourcissement. Les veines se concentrent soit dans les flancs, soit dans les plans axiaux, rendant la distribution du liquide hétérogène. Dans ces zones, la diminution de la résistance localise la déformation et amplifie en conséquence le taux d'extraction. Les structures visibles sur un affleurement de migmatites étudié dans la chaîne hercynienne sont cohérentes avec les résultats expérimentaux. De plus, cet affleurement montre une grande quantité d'enclaves auréolées de leucosomes. Le rôle de l'hétérogénéité mécanique sur le collectage du liquide est mis en évidence et expliqué analogiquement et numériquement par la perturbation locale du champ de pression.

Mots clés: Modélisation analogique; migmatites; ségrégation; pli; zone de cisaillement; fusion; pétrologie; granite; déformation; paraffine

Domaines: Géologie appliquée

Joseph Barraud. La ségrégation et la migration des liquides de fusion lors de la déformation des migmatites : modélisation analogique, numérique et exemples de terrain. Géologie appliquée. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003225⟩