• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Milieux denses, matériaux et composants
• Identifiant : 2025ULILR063
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 10/12/2025

Résumé en langue originale

Ce travail se focalise sur la distribution des contraintes et les mécanismes de déformation d'éclogites déformées expérimentalement, afin de mieux comprendre l'effet de la fraction volumique sur les propriétés mécaniques dans des contextes profonds de convergence en régime semi-fragile. Des agrégats de grenat+clinopyroxène sont déformés sous très haute pression (3 à 5 GPa) et haute température (820°C), en combinant les techniques de rayonnement X synchrotrons in situ et la microscopie électronique ex-situ.Des expériences de déformation en cisaillement pure sont menées à des taux de déformation de 1 x 10-5 à 2.5 x 10-5 s-1. La diffraction rayon X in situ est utilisée afin de mesurer les contraintes dans chacune des phases. Le grenat et le clinopyroxène se déforment dans le régime semi-fragile dans les agrégats où le grenat ne domine pas largement l'agrégat, soit jusqu'à 55 % volumique de grenat. Le fluage cataclastique et la recristallisation dynamique, notamment par rotation de sous-grains, sont les deux mécanismes de déformation principaux. Ceux-ci mènent à une réduction de la taille de grains dans les deux phases, permettant l'activation de mécanismes sensibles à la taille de grain tel que le glissement aux joints de grains. Chaque phase est active dans la déformation. Un adoucissement mécanique a lieu quand le clinopyroxène est présent et se déforme de manière visqueuse. Il contrôle l'accommodation de la déformation et l'adoucissement dans les agrégats comprenant de 15 à 55 % volumique de grenat. Le clinopyroxène est assez résistant pour transmettre les contraintes au grenat même si ce premier se déforme de manière visqueuse, et le grenat isolé peut ainsi se fracturer. A grande teneur en grenat (85 % volumique), le grenat induit un changement de mécanisme de déformation pour l'ensemble de l'agrégat, de semi-fragile à fragile.Ces données sont complétées par des expériences de déformation en torsion couplées à la tomographie par absorption rayon X in situ afin d'étudier l'évolution des microstructures au cours de la déformation. L'imagerie 3D sur plusieurs étapes de déformation permet de caractériser la formation des fabriques et la localisation de la déformation. Avec l'augmentation de la torsion les clusters de grenat et clinopyroxène s'aplatissent et s'orientent entre 0° et 45° du plan de torsion, avec un plus fort aplatissement pour les agrégats avec 30 % volumique de grenat et clinopyroxène que celui à 15 % volumique de clinopyroxène. Du boudinage et des bandes de cisaillement C'- S se forment à partir de 90° de torsion.Ce travail de thèse démontre que la déformation fragile des éclogites peut avoir lieu sous des conditions anhydres et des taux de déformation proche de ceux de trémors ou glissements lents dans les zones de subduction profonde. L'adoucissement et la localisation de la déformation au sein des éclogites déformées dans un régime semi-fragile peut avoir lieu par le grenat et le clinopyroxène, le grenat ne se comportant pas seulement tel un claste rigide.

Résumé traduit

Stress distribution and deformation mechanisms in eclogites are experimentally investigated to understand the effect of phase fraction on the mechanical properties in deep convergent contexts in the semi-brittle regime. Garnet+clinopyroxene aggregates are deformed under ultrahigh pressures (3 to 5 GPa) and high temperature (820°C), using in situ synchrotron X-ray techniques and ex situ electronic microscopy.The experimental deformations in pure shear are carried out at constant strain rate (1 x 10-5 - 2.5 x 10-5 s-1), using X-rays diffraction to measure stresses in both phases. Garnet and clinopyroxene deform in the semi-brittle regime in aggregates in which garnet is not the dominant phase up to 55% vol. garnet. Cataclastic flow and dynamic recrystallisation are the two main deformation mechanisms, implying a grain size reduction in both garnet and clinopyroxene, which then allow the activity of grain-size-sensitive mechanisms, e.g. grain-boundary-sliding. Both phases are active in the deformation. Weakening happens when clinopyroxene is present and deforms viscously. Clinopyroxene controlls the accommodation of deformation from 15 to 55 % volume fraction garnet. Clinopyroxene is strong enough to transfer stress on garnet even if it deforms viscously, and garnet even present in low amounts can fractures within this viscous matrix, in agreement with recent works. At the highest garnet fraction (85% vol.), garnet induces a switch in the deformation mechanisms from semi-brittle to brittle for the whole aggregate.These data are completed by torsion experiments combined with in-situ X-ray absorption tomography to study the microstructures evolution during deformation. 3D imaging at severals deformation steps allows us to characterize the fabric formation and strain localization. With the increase of torsion, garnet and clinopyroxene clusters elongate and are oriented to 0° to 45° relative to torsion plane, with a higher elongation for 30 % vol. garnet and clinopyroxene aggregates than the one with 15 % vol. of clinopyroxene. Boudinage and C'-S shear bands are forming from 90° of torsion.We conclude garnet fracturation, associated with numerous studies as being caused by fast-strain rate events related to seismicity and fluids, can take place under anhydrous conditions and strain rates close to tremors or slow slip events rates in deep subduction zones. Weakening and strain localization in eclogites deformed in the semi-brittle field can take place by garnet and clinopyroxene, since garnet does not behave only like a rigid clast.