Les zones de cisaillement ductile sont l'équivalent, en profondeur, des failles cassantes de surface : des bandes étroites qui concentrent l'essentiel de la déformation. Ce chapitre décrit les mylonites qui les caractérisent et les critères cinématiques qui permettent d'y lire le sens du mouvement — un savoir-faire central de l'analyse structurale, très sollicité en travaux pratiques sur lame mince ou échantillon.
1. Qu'est-ce qu'une zone de cisaillement ductile ?
Une zone de cisaillement ductile est une bande de roche, de quelques centimètres à plusieurs kilomètres de large, où la déformation se concentre par cisaillement simple alors que les roches encaissantes de part et d'autre restent peu déformées. Elle constitue l'équivalent ductile d'une faille cassante : les deux compartiments se déplacent l'un par rapport à l'autre, mais sans rupture discrète — la déformation y est continue et hétérogène, concentrée dans la bande. Ces zones jalonnent typiquement les grands accidents crustaux, à la transition entre le niveau structural supérieur cassant et le niveau structural inférieur ductile.
2. Les mylonites
La roche qui se forme dans une zone de cisaillement ductile est la mylonite, caractérisée par une réduction de la taille des grains (recristallisation dynamique) et une foliation mylonitique intense, associée à une linéation d'étirement marquée. Selon la proportion de matrice recristallisée à grain fin par rapport aux fragments résiduels de la roche originelle (porphyroclastes), on distingue la protomylonite (matrice minoritaire, moins de la moitié du volume), la mylonite au sens strict (matrice majoritaire) et l'ultramylonite (matrice très largement dominante, presque tous les porphyroclastes ont disparu). Cette gradation reflète l'intensité croissante de la déformation vers le cœur de la zone de cisaillement.
3. Les critères cinématiques de sens de cisaillement
Plusieurs structures asymétriques, observées en lame mince ou sur échantillon orienté, permettent de déterminer le sens de cisaillement d'une zone mylonitique. Les porphyroclastes asymétriques (grains résiduels résistants entourés de queues de recristallisation) forment des structures dites sigma (σ), dont les queues restent dans le prolongement du plan de foliation, ou des structures delta (δ), où les queues traversent obliquement la foliation ; dans les deux cas, l'asymétrie de la figure, observée dans le plan contenant la linéation d'étirement et perpendiculaire à la foliation, indique directement le sens du mouvement.
Les bandes de cisaillement C et C' constituent un second critère majeur : la foliation principale S, oblique par rapport aux limites de la zone, est recoupée par des surfaces de cisaillement plus tardives, soit parallèles aux limites de la zone (bandes C, ou shear bands), soit obliques dans le sens opposé à S (bandes C', structures en extensional crenulation cleavage). L'angle et le sens de ces différentes surfaces les uns par rapport aux autres donnent, comme pour les structures σ et δ, un sens de cisaillement non ambigu, généralement confirmé en croisant plusieurs critères sur le même échantillon.
4. La transition fragile-ductile
En profondeur, le comportement des roches passe progressivement du domaine cassant (failles, brèches) au domaine ductile (zones de cisaillement, mylonites) : c'est la transition fragile-ductile, contrôlée essentiellement par la température, donc par la profondeur, et par la composition minéralogique (le quartz devient ductile à des températures plus basses que le feldspath, par exemple). De nombreux grands accidents crustaux montrent cette transition le long d'un même plan : cassants et striés en surface, ils deviennent des zones de cisaillement mylonitiques ductiles en profondeur — la même structure régionale change de comportement mécanique selon le niveau structural qu'elle traverse.
Roche à grain fin formée dans une zone de cisaillement ductile par recristallisation dynamique, caractérisée par une foliation intense et une linéation d'étirement, avec des porphyroclastes résiduels de la roche originelle.
Porphyroclaste asymétrique dont les queues de recristallisation restent dans le prolongement de la foliation mylonitique ; son asymétrie indique le sens de cisaillement de la zone.
| Type | Matrice à grain fin | Porphyroclastes | Intensité de la déformation |
|---|---|---|---|
| Protomylonite | Minoritaire (< 50 %) | Abondants | Faible à modérée |
| Mylonite | Majoritaire (50–90 %) | Encore présents | Forte |
| Ultramylonite | Dominante (> 90 %) | Rares ou absents | Très forte |
De la protomylonite à l'ultramylonite
- Zone de cisaillement ductile = équivalent en profondeur d'une faille cassante, déformation continue concentrée par cisaillement simple.
- Mylonite : recristallisation dynamique, foliation intense, linéation d'étirement ; gradation protomylonite → mylonite → ultramylonite.
- Critères de sens : porphyroclastes σ et δ, bandes de cisaillement C (parallèles aux limites) et C' (obliques, sens opposé à S).
- Toujours observer les critères dans le plan contenant la linéation d'étirement, perpendiculaire à la foliation.
- Transition fragile-ductile : contrôlée par la température et la minéralogie, un même accident peut être cassant en surface et mylonitique en profondeur.
Question classique de travaux pratiques : sur un schéma ou une photo de lame mince, identifier des structures sigma ou delta et des bandes C/C', puis en déduire le sens de cisaillement de la zone. Piège fréquent : confondre bandes C et C', qui ont des orientations opposées par rapport à la foliation S. Retiens la gradation protomylonite/mylonite/ultramylonite par la proportion de matrice recristallisée, une question de définition récurrente.