C2. Les OPR du quartz (Figure II.18)

L’étude de la déformation naturelle et expérimentale de roches riches en quartz (quartzites et granitoïdes), a montré que la contrainte imposée à la roche pouvait être coaxiale ou non coaxiale. Cette relation a été exploitée pour déduire les sens de cisaillement dans des roches naturellement déformées, en utilisant l’angle entre les plans de glissements cristallographiques et le plan d’aplatissement défini par la foliation (Tullis et al., 1973 ; Bouchez et al., 1983 ; Wenk et al., 1989). Ces études ont permis la compréhension des processus de déformation dans le quartz et de mettre en évidence que le comportement du quartz est fortement contrôlé par la variation de la température, la contrainte (stress), la présence de fluides et la taille de grain (Tullis &Yund, 1978 ; Jessell, 1987 ; Hirth & Tullis, 1992 ; Hirth et al., 2001 ; Stipp et al., 2002a ; Law et al., 2004 ; Rutter &Brodie, 2004).

Au dessous de 300°C, le quartz a tendance à se déformer par rupture ou par fluage cataclastique qui implique du glissement sur les joints de grains résultant de la cataclase. Au dessus de 300°C il se déforme généralement par glissement des dislocations (Tullis et al. 1973 ; Blacic, 1975 ; Hobbs et al ; 1976 ; Blenkinsop, 1991 ; Rutter & Hadizadeh, 1991 ; Hirth & Tullis, 1992 ; Dunlap et al., 1997).

Dans le quartz, le glissement des dislocation peut se faire suivant différents systèmes de glissement : (0001) <a>, (1010) <a>, (1011) <a>, (0111) <a> et (1010) [c] (Christie et al., 1964 ; Blacic & Christie, 1984). L’activation de ces systèmes de glissement dépend de la température, tel que le système de plan basal prédomine à basse température (Tullis et al., 1973 ; Bouchez, 1977), alors qu’ à plus haute température, il est accompagné par un système de glissement sur un plan prismatique (Wilson, 1975 ; Bouchez, 1977).

Un diagramme d’OPR présentant une concentration des axes [c] à proximité de l’axe Z est un argument en faveur du glissement sur le plan basal dans la direction <a>. D’autre part une concentration des [c] proche de l’axe Y, indique un glissement sur le plan prismatique dans la direction [c]. Le caractère fréquemment dissymétrique des OPR d’axes [c] par rapport au plan de la foliation, indique un régime rotationnel de la déformation, c’est-à-dire une composante de cisaillement simple dont la direction est en première approximation matérialisée par la linéation, et dont le sens est relié de façon univoque à la dissymétrie (Nicolas et al., 1972 ; Bouchez et Pêcher, 1976).

Dans cette étude, nous examinons les ORP de quartz dans trois échantillons de quartzite. Nous discutons les implications de la taille du quartz et de son l'orientation préférentielle de réseau (OPR) sur la déformation dans la zone d’étude.

Figure II.18 : A) Cristallographie du quartz, B) Les orientations cristallographiques

préférentielles de l’axe [0001] du quart suivant le système de glissement activé (Vauchez, 1987).

II.4.C2.a. Description et OPR de l’échantillon 09PC11

Ce quartzite est composé de quartz et de mica blanc (15 %). Les grains de quartz se présentent sous deux formes : des grains de taille moyenne (200 à 300 m) présentant des joints sinueux, et de grains plus petits (30 à 60 m) de forme rectiligne. On observe de nombreux sous-grains et une extinction onduleuse dans grains de taille moyenne. On observe aussi des cristaux de mica blanc orientés parallèlement à la foliation, en inclusion dans certains grains de quartz.

L’OPR du quartz (Figure II.19) est caractérisée par une concentration des axes [0001] dans la partie centrale du diagramme, c'est-à-dire à proximité de l’axe structural Y. Dû à la symétrie du quartz, l’axe <a> forme trois concentrations dont deux plus nettes, disposées symétriquement par rapport à l’axe X sur lequel se retrouve une concentration maximale d’axes <m>. Cette disposition classique (voir Schmid & Casey, 1986) peut être expliquée par un glissement partagé sur deux plans prismatiques, la résultante du mouvement est alors parallèle à <m> qui se retrouve parallèle à la linéation (Bascou et al., 2001). Toutefois une des concentrations disposée symétriquement par rapport à X montre une densité plus élevée que l’autre. Cette OPR suggère un fluage accommodé par du glissement prismatique dominant et un régime de déformation dominé par de l’aplatissement avec probablement une composante en cisaillement simple, c'est-à-dire un régime de transpression.

Figure II.19 : Figures de pôles de l’échantillon (09PC11) analysés par EBSD, description

dans le texte. Les mesures ponctuelles furent réalisées sur la lame entière (38 x 22mm) avec un pas de 40 m, soit plus de 45732 mesures. X est la direction de la linéation et Y est la linéation. Les lettres c, a, m, r et z font référence aux axes cristallographiques, projetés dans le stéréogramme (hémisphère inférieur).

II.4.C2.b. Description et l’OPR de l’échantillon 08PC30

Le quartzite est composé de quartz et muscovite. Le quartz a de gros grains de taille environ 300-500 m, présentent des joints suturés et quelques sous-grains. Il y a aussi des grains de taille moyenne d’environ 200-300 m et des grains de tailles plus petits d’environ 60 à 100 m, recristallisés, montrant des joints plus rectilignes. Les cristaux de muscovite sont partiellement ou totalement inclus dans le quartz, ils limitent la migration des joints des grains de quartz.

L’OPR (Figure II.20) est caractérisée par une concentration des axes [0001] à la proximité de l’axe de la foliation, subparallèle l’axe structural Z. L’axe <a> est proche de la direction de la linéation (axe structural X). On observe une asymétrie de quartz sur l’axe <a> forment trois concentrations (Figure II.20A), qui sont disposées asymétriquement par rapport à l’axe X sur lequel se trouve une concentration maximale d’axes <m> sur la linéation (l’axe X). Cette disposition suggère un glissement de dislocation prismatique de l’axe <a> durant un régime de cisaillement vers l’Est. La fabrique cristallographique bien marquée (Figure II.20A) est un argument en faveur de l’activation du glissement intracristallin. Pour Hirth et al.( 2001) et Stipp et al. (2002), le glissement prismatique <a> est susceptible d’être actif lors de la déformation à température élevée. La limite d’activation de ce système est estimée aux alentours de 450°C par Mainprice et al., (1986). On peut donc confirmer l’existence d’une zone de cisaillement simple ayant fonctionné à des températures élevées. Ces températures sont à mettre en relation avec le métamorphisme à disthène-staurotide (chapitre III) qui a affecté la zone

Figure II.20 : Figures de pôles de l’échantillon (08PC30) analysés A) Pôles de quartz. Les

mesures réalisées sur les lames entières (38 x 22mm) le furent avec un pas de 40 m, soit plus de 284604 mesures avec un taux d’indexation de 60%. X est la direction de la linéation et Y est la linéation. Les lettres c, a, m, r et z font référence aux axes cristallographiques projetés dans le stéréogramme (hémisphère inférieur).

Figure II.21 : Figures de pôles de l’échantillon (08PC30) B) Pôles de mica blanc, qui est

allongé parallèlement à la foliation et forme une linéation minérale E-O.

Dans cet échantillon, l’OPR de la muscovite a également été déterminée (Figure II.21). Les résultats sont en accord avec ceux du quartz.

II.4.C2.c. Description et l’OPR de l’échantillon 08PC23

Ce quartzite est constitué de quartz, muscovite et plagioclase. Le quartz présente deux tailles de grains différents : les grains de taille supérieure (200-400 m) avec des joints suturés. Les grains de taille plus petite ont des joints rectilignes. Une foliation nette est exprimée par l’alternance de lits de muscovites et quartz. Ces derniers sont allongés selon une direction préférentielle. L’OPR du quartz (Figure II.22) est très faible (pfJ<1.06 : pfJ= 1 pour une orientation aléatoire), elle est caractérisé par une concentration très faible de [0001]. La fabrique est moins marquée que dans les deux autres échantillons. La position des axes <a> et <m> indique que la lame mince fut probablement taillée obliquement à la linéation (selon les principes de l’EBSD, la lame mince doit être taillée paralléle à la linéation).

En résumé, les observations de terrain complétées par des analyses d’échantillons en microscopie optique et électronique (EBSD) ont permis de mettre en évidence une mylonitisation des calcaires et des quartzites, suggérant l’existence d’une zone de cisaillement ductile. Les associations minéralogiques, les microstructures et les figures d’OPR des échantillons sont en accord avec une déformation de température élevée, supérieure à 300° d’après l’étude de l’OPR de la calcite et supérieure à 450°C d’après l’étude de l’OPR du

quartz. Ces températures confirment la déformation par fluage-dislocation dans les

échantillons analysés. De plus, pour ces échantillons l’obliquité entre les OPR de minéraux et les axes de la déformation (X, Y, Z) indique un sens de cisaillement E-NE pour le 09PC06 et

vers l’O pour 08PC30 (encore discutable car les concentrations maximales pour l’axe <a> ne permettent pas de définir le système de glissement). En fait un seul échantillon donne une fabrique claire, le premier.

Figure II.22 : OPR du quartz dans l’échantillon 08PC23 : A) Pôles de quartz, description

dans le texte. La lame entière (38 x 22mm) fut mesurée avec un pas de 40 m, soit plus de 138794 mesures avec un taux d’indexation de 50%. X est la direction de linéation et Y linéation. Les lettres c, a, m, r et z font référence aux axes cristallographiques projetés dans le stéréogramme (hémisphère inférieur). B) Pôles de mica blanc, qui est allongé parallèlement à la foliation et forme une linéation minérale E-W