Les méthodes utilisées pour déterminer l’orientation des paléocontraintes à partir d’une popula-tion de plan striés peuvent être divisées en deux groupes : les méthodes graphiques et les méthodes d’inversion numériques. Les méthodes graphiques permettent d’obtenir une première estimation du régime de contrainte, elles ont l’avantage de ne pas être perturbées par les failles étrangères à
la population analysée (e.g., méthode des dièdres droits ;Angelier & Mechler 1977). Les méthodes
d’inversion numériques considèrent que la direction de contrainte est parallèle à la direction du
glissement matérialisée par la strie pour un plan de faille donné (Wallace 1951, Bott 1959). Pour
cette méthode le calcul de la paléocontrainte consiste à minimiser l’angle entre la strie mesurée et la strie théorique associée à la solution. La paléocontrainte est définie par l’orientation des trois contraintes principales (σ1 > σ2 > σ3) et par le rapport φ (φ = (σ2 - σ3) / (σ1 - σ3)) qui permet de
mieux caractériser le régime de contrainte (e.g., Ritz & Taboada 1993). Ces méthodes d’inversions
sont applicables sous réserve que I) le milieu soit homogène et non déformé de façon ductile, II) le champ de contraintes soit uniforme dans l’affleurement, III) la contrainte ne change pas au cours d’une même phase tectonique et IV) les mouvements des blocs soient faibles.
2.2.2 Protocole
Travail de terrain
Pour chaque site j’ai mesuré entre 2 et 34 plans striés sur des affleurements n’excédant pas
50 m de long. La nature des mouvements affectant les plans de failles a été contrainte par les
indices cinématiques classiques (stries, fibres, écailles). J’ai pris note de la qualité de chacune de mes mesures, et notamment du degré de confiance pour le sens de déplacement déterminé sur le terrain. En cas de forte incertitude, la faille a été rejetée ou notée comme incertaine. La majorité de mes sites de mesures sont situés en bordure de route, ce type d’affleurement présente l’avantage d’exposer des roches "fraiches" et d’exposer un panel complet des failles. Pour les sites de mesures "naturels", il est plus difficile de trouver un nombre important de plans striés : les plans sont altérés et les stries ne sont pas bien préservées.
Inversion des différentes populations de plans striés
L’inversion nécessite au moins 4 couples faille/strie. Un nombre de données plus important permet d’obtenir une solution mieux contrainte. Ici je prend en compte uniquement les inversions qui ont été réalisées avec plus de 6 plans striés aux orientations différentes. J’ai réalisé l’inversion
38 Chapitre 2. Méthodes
données à partir de la méthode des dièdres droits (Angelier & Mechler 1977) et de la méthode PBT
(Angelier 1984).
2.3 Thermobarométrie sur amphibole
2.3.1 Principe
La texture et la composition des amphiboles sont utilisées pour déduire les processus magma-tiques et les paramètres de cristallisation (Bachmann & Dungan 2002,Rutherford & Devine 2008,
Ridolfi et al. 2010,Ridolfi & Renzulli 2012,De Angelis et al. 2013,Shane & Smith 2013,Turner et al. 2013). L’amphibole est souvent utilisée pour calculer la température et la pression de cristallisation d’un magma. Son utilisation comme géothermomètre est généralement admise, mais son utilisation
en tant que géobaromètre continue d’être débattue (e.g.,Shane & Smith 2013,Holland & Blundy
1994,Bachmann & Dungan 2002,Rutherford & Devine 2003). Les premiers baromètres amphiboles ont été calibrés pour la teneur totale en Al de l’amphibole, aux pressions de la croûte et du manteau supérieur, et des intervalles de température limités (e.g., pour∼750◦C :Johnson & Rutherford 1989,
Schmidt 1992). Récemment,Ridolfi et al.(2010) etRidolfi & Renzulli(2012) ont publié des équations thermobarométriques pour estimer la température, la pression, fO2, l’hydratation du magma, et la composition en oxydes, qui entrent dans la composition des amphiboles. Leurs calibrations sont re-commandés pour des amphiboles cristallisées dans des magmas calco-alcalins à alcalins (c’est le cas de la Cordillère Blanche), pour des pressions mantelliques jusqu’à la partie supérieure de la croûte,
pour différentes conditions d’oxydation et d’hydratation. Les formulations de Ridolfi et al.(2010)
et Ridolfi & Renzulli (2012) utilisent les concentrations de Si, Ti, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K dans les amphiboles pour le calcul de pression et de température. Grâce à leur large gamme d’applications possibles et leur facilité d’utilisation, ces thermobaromètres sont souvent utilisés.
2.3.2 Protocole
J’ai réalisé des sucres à l’ISTerre à partir d’échantillons du pluton de la Cordillère Blanche puis je les ai envoyés en Italie pour la confection de lames minces (Pierluigi Canepa, Laboratorio Pe-trografico, Quart). Les lames minces contenant des amphiboles ont été couvertes par un film de carbone de façon à rendre la surface de l’échantillon électriquement conductrice et à éviter le char-gement par le faisceau d’électrons de la microsonde. J’ai réalisé les analyses à l’ISTerre (Grenoble) sur la Microsonde électronique JEOL JXA-8230. Pour chaque échantillon, j’ai analysé entre trois et cinq amphiboles en éléments majeurs. Les analyses ont été faites en suivant des profils passant par le coeur des cristaux pour détecter d’éventuelles variations de composition au sein des amphiboles. Classiquement, les compositions les plus appauvries en Si (pôles ferropargasite ou ferrotscherma-kite selon la valeur (Na+K)A) sont caractérisées par une concentration en Fe élevée et les amphiboles
2.3. Thermobarométrie sur amphibole 39
enrichies en Si (magnesiohornblende ou edenite) sont caractérisées par une concentration élevée en Mg.
2.3.3 Calcul de pression et de température de mise en place du
granite
Les estimations de pressions et de températures sont basées sur le thermobaromètre de l’amphi-bole deRidolfi & Renzulli(2012), calibré pour les roches magmatiques alcalines et calco-alcalines. Ce thermobaromètre prend en compte la composition en plusieurs éléments des clinoamphiboles et calcule les conditions de pressions et de température lors de la mise en place du granite. J’ai filtré les données de composition des amphiboles sur la base d’un pourcentage d’erreur apparente
(APE) liée à la pression et calculé grâce à la méthode thermo-barométrique deRidolfi & Renzulli
(2012). L’APE maximum pour garder les données a été fixé à 50, comme préconisé par les auteurs
(filtre 1, indice de confiance modéré). J’ai appliqué un second filtre (indice de confiance élevé) qui permet d’exclure les amphiboles dont la chimie ne correspond pas à la gamme de compositions et de formules structurales pour lesquelles le thermo-baromètre a été calibré. Après l’application de ces 2 filtres,∼15% des amphiboles ont été écartées.
2.3.4 Validitée de la méthode de Ridolfi & Renzulli (2012)
En dépits des nombreux contrôles et des mesures sélectives de Ridolfi & Renzulli (2012),
quelques études ont souligné des problèmes systématiques (pas de prise en compte de la com-position du magma) et des différences entre les conditions de cristallisation estimées à partir de la composition des amphiboles et d’autres méthodes (e.g.,De Angelis et al. 2013,Shane & Smith 2013,
Kiss et al. 2014). Plusieurs auteurs ont proposé que les pressions calculées en utilisant le baromètre deRidolfi & Renzulli(2012) sont sensibles aux variations de la composition du magma (De Angelis et al. 2013,Shane & Smith 2013,Erdmann et al. 2014). Cependant, la plupart des études considèrent que les conditions de cristallisation calculées avec les équations deRidolfi & Renzulli (2012) sont fiables (Turner et al. 2013,Costa et al. 2013,Zanon et al. 2013,Yücel et al. 2013,Brenna et al. 2014,
Putirka 2014), et démontrent que le baromètre deRidolfi & Renzulli(2012) donne des résultats sa-tisfaisants de pressions sur les amphiboles expérimentales dans une large gamme de compositions de magma (basalte - rhyolite) et de pressions (200-800 MPa).
40 Chapitre 2. Méthodes
2.4 Modélisation numérique de l’évolution du
pay-sage : FastScape
2.4.1 Principe
Le code FastScape (Braun & Willett 2013) résout la stream-power law, loi qui contrôle l’incision des vallées et l’évolution du paysage dans la plupart des contextes.
∂h
∂t = Kf ΦmSn (2.4)
Avec ∂h
∂t le taux d’érosion, Φ la surface drainée, S la pente de la rivière ; Kf, m et n sont des
constantes.
Ce nouvel algorithme est très efficace : le temps de calcul augmente linéairement avec le nombre de points qui caractérisent le paysage, ce qui permet de travailler avec une haute résolution spatiale.
2.4.2 Intérêt de cette méthode
Ce code présente différents avantages. Le temps de calcul est très rapide, le code permet d’ajou-ter une faille, de définir des intrusions (densité et érodabilité), de prendre en compte le rebond flexural (et de fixer l’épaisseur élastique) et de définir la topographie initiale du modèle. L’utilisa-tion de ce code pour modéliser l’évoluL’utilisa-tion du paysage me permettra de quantifier I) l’impact de la faille, II) de l’érosion et III) de la présence du granite de la Cordillère Blanche (densité 2.8) sur le soulèvement et la création du relief dans cette région. IV) Il sera également possible de contraindre la paléogéographie de la région grâce à l’étude de la morphologie du réseau de drainage (localisa-tion de la ligne de partage des eaux).