Soutenance de thèse de Gina MCGILL

La porosité est une caractéristique fondamentale des matériaux naturels, particulièrement observée dans les sédiments et roches volcaniques en surface, mais aussi plus profondément dans le domaine visqueux (ou ductile), où de nombreuses observations de microporosité sont régulièrement décrites, bien que mal comprise en termes de processus de nucléation. Cette microporosité, observée dans les systèmes polyphasés comme monophasés, affecte essentiellement les roches mylonitiques au sein des zones de cisaillement ductiles, qui sont des sites privilégiés de circulation des fluides dans la croûte moyenne à profonde. Sous réserve qu'elle soit produite par la déformation, la présence d'une microporosité contribuerait aussi à la propagation des séismes. Les investigations de cette thèse sont concentrées sur les mylonites à quartz, pour comprendre l'origine de cette microporosité. Nous avons tout d'abord étudié les bandes de cisaillement mylonitiques du pluton granitique sur l'île d'Ikaria (Grèce), dont les agrégats de quartz pur sont massivement décorés de micropores à géométrie variable, incluant des formes pyramidales. Grâce à plusieurs techniques analytiques de très haute résolution, la porosité s'observe essentiellement aux limites des grains, mais aussi le long de certains sous-grains, surtout dans des zones fortement déformées et recristallisées, témoignant d'une perte partielle de fabrique minérale. Indiquant l'activité du glissement aux joints de grain, cette perte suggère une origine syn-cinématique de la porosité, qui est d'autant plus suggérée par l'identification de SiO2 amorphe aux joints de grains et sous-grains, possiblement produit par amorphisation mécanique. Nous avons ensuite réalisé des expériences de déformation sur des agrégats de quartz en contexte cisaillant, analogue aux bandes de cisaillements. Effectuées en presse de Griggs à 15 kbar et 900 °C, conditions nécessaires à la déformation ductile du quartz en laboratoire, ces expériences ont permis de produire une porosité pénétrative, décorant principalement les joints de grains, mais uniquement dans certaines conditions. Celles-ci impliquent la présence d'H2O et une petite taille de grain (< 4 μm), donnant lieu à une augmentation de contrainte différentielle importante avant la transition plastique. C'est lors de cette transition plastique que la porosité est créée, c.à.d., en réponse à une charge élastique, et non pas une déformation plastique du quartz. En dehors de ces conditions, le quartz se déforme plastiquement sans produire de porosité et témoigne d'une 'faible' contrainte différentielle, similaire à celle décrite dans la littérature. De plus, les analyses post-mortem ont mis en évidence la présence de SiO2 amorphe aux joints de grains et associé à une porosité, démontrant le rôle de la déformation dans la production de cette porosité, probablement associé à l’amorphisation mécanique suite à une concentration de contrainte élastique aux joints de grains.