Déformation et pression-solution

Après les expériences en presse Belt, les échantillons présentent des indices de déformation comme des lattes courbées (Figure 4.4), des fentes en coin (Figure 4.13) et des fentes ouvertes (Figure 4.13 & Figure 4.20). Les volumes d’interaction fluides-roches élevés à basse température montrent que la porosité se forme majoritairement au début de l’expérience, donc probablement pendant la compression de l’échantillon, ou que cette porosité est héritée de l’histoire de l’échantillon utilisé.

Figure 4.21 – Images MEB de lattes d’antigorite courbées. En haut : échantillon Belt4 (Figure 4.4). En bas : échantillon Belt7.

179

La presse Belt n’est pas conçue pour réaliser des expériences de déformation, il n’est donc pas possible de mesurer la contrainte appliqué à l’échantillon. Néanmoins il est possible d’estimer des vitesses de déformation à partir de mesures de déplacement du piston de la presse au cours de l’expérience (Figure 4.22). Le déplacement du piston a été enregistré pour les expériences Belt12, Belt13, Belt17, Belt18, Belt19 et Belt24. Le déplacement du piston permet de connaitre l’écrasement de tout l’assemblage placé dans la presse Belt. La hauteur de la capsule représente 22% de la hauteur totale de l’assemblage, si la déformation est considérée homogène dans tout l’assemblage, l’écrasement de la capsule correspond à 22% du déplacement du piston. Pour ces expériences deux vitesses de déformation de l’échantillon ont été mesurées : l’une lors de la montée en pression et l’autre pendant le pallier de température et de pression. Lors de la montée en pression, les vitesses de déformation des capsules varient de 3.4x10^-4 s^-1 à 6.9x10^-4 s^-1 et pendant le plateau, les vitesses de déformation des capsules varient de 2.8x10^-7 s^-1 à 9.0x10^-7 s^-1 pour un plateau de 14h et de 1.3x10^-7 s

-1 à 2.0x10^-7s^-1pour un plateau de 45h. Les vitesses de déformation étant légèrement plus faibles pour les expériences dont le plateau à haute pression et haute température est plus long, la déformation est probablement de plus en plus faible au cours de l’expérience.

Figure 4.22 – Courbes d’évolution de la puissance, de la pression d’huile et du déplacement du piston de la presse Belt, exemple de l’expérience Belt17.

La vitesse de déformation ߳ሶ dépend de la viscosité η, de la contrainte σ, de l’énergie d’activation Hc, de la constante des gaz parfaits R et de la température T (équation 4.8).

߳ሶ ൌ^ͳ

ߟ^{ൈ ߪ ൈ ݁ݔ݌ ൬െ} ܪ_௖

180

Lors des expériences en presse Belt, la capsule en or abritant l’échantillon est entourée de nitrure de bore. La déformation de l’échantillon dépend donc de la déformation du nitrure de bore, qui est connue en fonction de la contrainte qui lui est appliquée (Pezzotti et al., 1997). La contrainte différentielle appliquée à l’échantillon sera donc estimée à partir des caractéristiques du nitrure de bore, qui a une énergie d’activation de 32 kJ/mol et une viscosité de 39.7 kPa.s. D’après ces valeurs et les vitesses de déformation calculées précédemment, la contrainte appliquée à l’échantillon a été estimée en fonction des conditions expérimentales (Tableau 4.1).

Contraintes Montée en pression Plateau de 14h Plateau de 45h

20°C 11 ± 3 MPa

315°C 14 ± 11 Pa 4 ± 1 Pa

540°C 2 ± 2 Pa 1 ± 0 Pa

Tableau 4.1 – Contraintes appliquées à l’échantillon dans la presse Belt en fonction des conditions expérimentales.

La contrainte différentielle appliquée sur l’échantillon pendant le plateau à haute pression et haute température est très faible (~1-25 Pa) par rapport aux contraintes subies lors de la montée en pression (~11 MPa) (Tableau 4.1). La déformation de l’échantillon se fait probablement très majoritairement lors de la montée en pression à température ambiante.

L’utilisation du NiCl₂ ou de la népouite comme traceurs des recristallisations d’antigorite ou d’olivine est une méthode viable pour mettre en évidence les processus de pression-solution dans l’antigorite dans les conditions de température et de pression des zones de subduction. Pour les durées expérimentales choisies, les cristallisations néoformées riches en nickel sont suffisamment grandes pour être identifiées et imagées par couplage d’analyses EDX et d’images MEB en électrons rétrodiffusés. L’analyse de ces expériences a permis d’obtenir des vitesses de cristallisation de l’ordre de 10^-12-10^-13 m/s dans le champ de stabilité de l’antigorite pour les expériences à 315°C et dans le champ de stabilité de l’antigorite et de l’olivine pour les expériences à 540°C.

Les processus de pression-solution ont lieu lorsque la roche est soumise à une contrainte, qui a été estimée en première approximation à partir de la vitesse de déformation de l’échantillon. Dans les expériences en presse Belt, la contrainte la plus élevée a lieu lors de la compression de l’échantillon à température ambiante, et doit être à l’origine de la majorité de la déformation cassante observée dans l’échantillon et de l’arrangement des plaquettes perpendiculairement la contrainte principale. Les contraintes subies par l’échantillon pendant le plateau de température et de pression sont probablement trop faibles pour avoir une influence sur les processus de

pression-181

solution. Si tel est le cas, l’orientation des recristallisations peut être expliquée par une plus grande disponibilité des liaisons chimiques aux extrémités des plaquettes pour faire croitre les cristaux. L’orientation préférentielle des plaquettes héritée de la compression de l’échantillon serait la cause de l’orientation préférentielle des recristallisations.

Il serait intéressant de pouvoir relier les vitesses de cristallisation et la contrainte appliquée à l’échantillon afin d’obtenir une loi rhéologique des serpentinites dans les conditions des zones de subduction. Le même type d’expérience que les expériences réalisées en presse Belt pourrait être mené dans une presse dédiée à la déformation, afin de gérer avec précision les contraintes appliquées à l’échantillon au cours de l’expérience.

185

Conclusion