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ST-A La carte géologique et ses utilisations (BCPST 1) |
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ST-B La structure de la planète Terre (BCPST 1) |
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ST-C La dynamique des enveloppes internes (BCPST 1) |
ST-D Les déformations de la lithosphère (BCPST 1)  IntroST-D Les déformations de la lithosphère (BCPST 1)
La lithosphère, enveloppe externe de la partie solide de la Terre, est une enveloppe qui se déforme sous l'effet de forces imposées par la dynamique interne. Cette déformation dépend de la rhéologie des matériaux qui la composent selon les conditions de pression et de température. Ces déformations sont à mettre en évidence à partir d'observations de l'échelle de l'échantillon à celle de la lithosphère (observations géophysiques). Ces observations permettent de construire un modèle physique du comportement mécanique de la lithosphère, qui permet d'expliquer la construction de la topographie et les phénomènes sismiques.
L'étude de la sismogenèse est l'occasion de détailler un mode de déformation de la lithosphère, à partir de mesures de déformations actives aujourd'hui pour, in fine, faire le lien avec l'appréhension d'un aléa et la compréhension d'un risque (développé dans la partie ST-I sur les risques). Les séismes, comme marqueurs actifs de la déformation cassante, constituent une donnée clef ayant nourri les réflexions aboutissant à la théorie de la tectonique des plaques. Les définitions de la lithosphère introduites en ST1-A sont complétées par les aspects rhéologiques. Cette partie est l'occasion d'expliquer l'expression de surface de la dynamique interne de la Terre.
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ST-D-1 La rhéologie de la lithosphère |
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Les matériaux lithosphériques se déforment sous l'effet de contraintes : la déformation est réversible ou irréversible.
La déformation finie peut se décomposer en étapes (ou incréments) de deux types comportant ou non une part de rotation. Le cisaillement est alors pur ou simple.
Les propriétés mécaniques des roches dépendent de leur minéralogie, des conditions pression - température et de la présence de fluides ainsi que de la vitesse de déformation. Ces propriétés mécaniques mènent à la définition thermomécanique de la lithosphère abordée précédemment.
Le comportement global de la lithosphère est déterminé par son enveloppe rhéologique, mais ce modèle statique est questionné par des observations de terrain ainsi que par des données géophysiques.
L'hétérogénéité verticale de comportement mécanique de la lithosphère peut déterminer des niveaux de découplage.
Précisions et limites :
On se limite ici à définir la fabrique (schistosité, foliation et linéation). Les mécanismes de la déformation à l'échelle cristalline tout comme les cercles et enveloppes de Mohr ne sont pas au programme. On présentera en 2D le cisaillement simple et le cisaillement pur comme les deux incréments possibles de déformation comportant chacun une direction d'étirement et de raccourcissement. On présentera la déformation finie coaxiale (respectivement non coaxiale) comme la succession (l'intégrale) d'incréments de cisaillement pur (respectivement simple). Les microstructures sont étudiées en 1ère année sans lien avec les transformations minéralogiques (vues en deuxième année). Les études pratiques liées à la déformation de la lithosphère sont intégrées aux sorties de terrain.
Les limites d'application du modèle des enveloppes rhéologiques, et notamment l'importance du taux de déformation, sont discutées à la lumière de données de terrain et de données géophysiques. |
- Distinguer déformation et contrainte.
- Construire une ellipse (2D) ou un ellipsoïde (3D) de déformations, dans le but d'établir, lorsque cela est possible, l'orientation des contraintes.
- Exploiter des courbes rhéologiques pour distinguer déformation élastique, déformation plastique, phénomène de fluage et la notion de rupture.
- Distinguer un comportement ductile et un comportement cassant (ou fragile).
- Relier les différents types de comportement à la compétence des roches et aux conditions thermodynamiques.
- Illustrer l'importance de la vitesse de déformation dans la rhéologie.
- Analyser des objets tectoniques à partir de différents supports à différentes échelles (cartes géologiques, photographies, échantillons).
- Analyser des objets tectoniques, en termes d'ellipsoïde des déformations finies et, lorsque c'est possible, faire le lien avec le régime de contraintes.
- Analyser des microstructures associées aux structures d'échelle supérieure.
- Analyser un style structural régional.
- Savoir relier observations de terrain et déformation.
- Établir un profil rhéologique de la lithosphère continentale à l'aide de la loi de Byerlee et des lois de fluage.
- Relier le profil rhéologique avec la distribution des séismes en profondeur.
- Comparer les profils rhéologiques des lithosphères continentale et océanique.
- Discuter l'allure de ces profils en fonction du gradient géothermique local.
- Discuter des limites d'application des enveloppes rhéologiques à partir d'observations.
Liens :
La carte géologique (ST-A)
La géodynamique de la lithosphère (ST-C-3)
Le métamorphisme (ST-G)
Activités de terrain (cf prog. officiel version pdf)
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ST-D-2 Les séismes : origine et conséquences |
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ST-E Le phénomène sédimentaire (BCPST 1) |
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ST-F Le magmatisme (BCPST 2) |
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ST-G Le métamorphisme, marqueur de la géodynamique interne (BCPST 2) |
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ST-H La mesure du temps : outils et méthodes (BCPST 1) |
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ST-I Les risques et les ressources géologiques (BCPST 2) |
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ST-J Les grands ensembles géologiques (BCPST 2) |
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