Couplages entre métamorphisme, fluides et déformation : étude de cas de l’éclogitisation dans les Arcs de Bergen

Direction de thèse : Philippe yamato (Géosciences Rennes) et Thibault Duretz (Université de Francfort)

Composition du jury :

Laëtitia Le Pourhiet (Rapporteure) Professeure, ISTEP Paris

Philippe Goncalves (Rapporteur) Associate professor, Université de Franche-Comté

Lucie Tajčmanová (Membre du jury) Professeure, Université d'Heidelberg

Benjamin Malvoisin (Membre du jury) Chercheur CNRS, Université Grenoble Alpes

Invité :

Loïc Labrousse Professeur, ISTEP Paris

Résumé : L’éclogitisation est un processus emblématique des zones de subduction continentales. Elle fait intervenir aussi bien la transformation de l’assemblage minéralogique, une modification de rhéologie et de perméabilité, une interaction entre fluides et roche, et une déformation tantôt visqueuse, tantôt cassante, susceptible de causer des séismes. Cette thèse a pour objet l’étude de ces couplages, à travers un cas de terrain précis : l’éclogitisation de la granulite de l’île d’Holsnøy, à l’ouest de la Norvège. L’observation des structures sur le terrain révèle que la déformation et la circulation de fluides sont les moteurs de l’éclogitisation de la croûte inférieure., mais l’évolution temporelle et les conditions de pression des zones éclogitiques sont toujours énigmatiques.

J’ai dans un premier temps mis en évidence un affaiblissement transitoire de la granulite, qui passe par une étape de résitance mécanique minimale durant son éclogitisation. Dans une deuxième étude, j’ai montré à l’aide d’un modèle numérique qu’un front hydro-réactif de haute pression peut se propager rapidement dans la granulite imperméable pour entrainer son éclogitisation. Troisièmement, j’ai montré que dans la croûte inférieure, la déformation d’un milieu rhéologiquement hétérogène peut générer des variations locales de pression de plusieurs kbar, susceptibles d’éclogitiser la granulite. Ces variations locales de pression peuvent expliquer la juxtaposition de roches de faciès métamorphiques différents au même niveau crustal.

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Title:
Couplings between metamorphism, fluids and deformation : a case study of eclogitisation in the Bergen Arcs.

Abstract: Eclogitisation is an emblematic process of continental subduction zones. It involves transformation of the mineralogical assemblage, changes in rheology and permeability, fluid-rock interactions, and deformation that is either viscous or brittle, with the potential to cause earthquakes. The aim of this thesis is to study this coupling, focusing on a specific field case: the eclogitisation of granulite on Holsnøy Island, in western Norway. Observation of field relations shows that deformation and fluid circulation are the forces that drive eclogitisation of the lower crust. However, the temporal evolution and pressure conditions of eclogitic zones are still enigmatic.

I first demonstrated a transient weakening of the granulite, which goes through a stage of minimal mechanical resistance during its eclogitisation. In a second study, I demonstrated, using a numerical model, that a high-pressure hydro-reactive front can propagate rapidly in impermeable granulite, leading to its eclogitisation. Thirdly, I showed that in the lower crust, deformation of a rheologically heterogeneous medium can generate local pressure variations of several kbar, capable of eclogitising granulite. These local pressure variations may explain the juxtaposition of rocks with different metamorphic facies at the same crustal level.