La déformation ductile : foliations, linéations et plis

Quand la roche reste dans le domaine ductile, la contrainte déviatorique ne la brise pas : elle réoriente ses minéraux, les étire, les fait recristalliser, et finit par la plisser. Ce chapitre passe des mécanismes microscopiques de la ductilité aux grandes structures planaires (schistosité, foliation), linéaires (linéations) et courbes (plis) qu'elle engendre — le cœur du terrain en socle métamorphique.

1. Les mécanismes microscopiques de la déformation ductile

Plusieurs mécanismes, actifs à des échelles de température et de contrainte différentes, permettent à un cristal de se déformer sans rompre. La microfracturation-cataclase est un mécanisme cassant à l'échelle du grain, actif aux plus faibles températures. Les macles de déformation réorientent une partie du réseau cristallin par un glissement simple, sans diffusion (fréquentes dans la calcite et le plagioclase). La pression-dissolution (ou fluage-dissolution) dissout la matière aux points de plus forte contrainte et la reprécipite dans les zones de moindre contrainte, sans nécessiter de hautes températures — c'est le même mécanisme que celui des joints stylolithiques. Le fluage-dislocation, actif à plus haute température, fait migrer des défauts linéaires (dislocations) dans le réseau cristallin, permettant un glissement intracristallin continu. Enfin, la recristallisation, statique (recuit après la déformation) ou dynamique (simultanée à la déformation), réorganise les grains en réduisant l'énergie interne du cristal accumulée par les dislocations.

2. Les éléments structuraux planaires : schistosité et foliation

Le terme générique foliation désigne n'importe quel élément structural planaire pénétratif d'une roche déformée. On distingue plus précisément la schistosité, discontinuité mécanique correspondant à un débit préférentiel de la roche selon des plans rapprochés (schistosité de fracture ou de dissolution), de la schistosité de flux (au sens strict, slaty cleavage), qui correspond à l'alignement de phyllosilicates (micas, argiles) recristallisés ou orientés pendant le métamorphisme syn-déformation. Dans les roches de plus haut grade métamorphique, on parle de gneissosité : un litage compositionnel, avec alternance de lits riches en minéraux différents, propre aux conditions métamorphiques moyennes à élevées.

La schistosité se développe préférentiellement perpendiculairement à la direction de raccourcissement maximal (parallèle au plan XY de l'ellipsoïde de déformation) : c'est un excellent marqueur cinématique, souvent utilisé conjointement avec les plis pour reconstituer l'histoire de la déformation d'une région, en particulier lorsque plusieurs schistosités se recoupent (déformation polyphasée).

3. Les éléments structuraux linéaires : les linéations

La linéation est tout élément structural linéaire pénétratif d'une roche. La linéation d'intersection résulte simplement de l'intersection géométrique entre deux plans (une schistosité et la stratification, par exemple) — elle n'apporte pas d'information cinématique supplémentaire. La linéation de crénulation est marquée par les axes de microplis parallèles affectant une schistosité antérieure — elle enregistre donc un second épisode de déformation. La linéation d'étirement (ou d'allongement), la plus informative, est marquée par l'allongement d'objets préexistants — minéraux, fossiles, galets, agrégats — parallèlement à la direction X de l'ellipsoïde de déformation : elle indique donc directement la direction du transport tectonique dans une zone de cisaillement ductile.

4. Anatomie et classification des plis

Un pli est une flexion d'une surface initialement plane (stratification, schistosité). Son plan axial divise le pli en deux flancs symétriques ; son axe de pli est l'intersection du plan axial avec la surface plissée ; sa charnière est la zone de courbure maximale. Selon la fermeture, on distingue les anticlinaux (convexes vers le haut, cœur occupé par les terrains les plus anciens dans une série normale) des synclinaux (concaves vers le haut, cœur occupé par les terrains les plus récents). Selon l'orientation du plan axial, un pli est dit droit (plan axial vertical), déversé (plan axial incliné, deux flancs de pendage opposé) ou couché (plan axial subhorizontal, les deux flancs plongent du même côté). Un pli à axe non horizontal est dit plongeant.

5. Les mécanismes du plissement

Plusieurs mécanismes produisent des plis. Le flambage (buckling) affecte une couche compétente comprimée parallèlement à sa stratification, qui flambe pour accommoder le raccourcissement — la longueur d'onde du pli dépend alors du contraste de compétence avec les couches encaissantes. Le fléchissement (bending) résulte d'une force appliquée perpendiculairement à la couche (charge, faille active en profondeur). Le plissement par cisaillement (shear folding) résulte de l'amplification progressive d'irrégularités préexistantes par un cisaillement non coaxial, sans réel flambage mécanique. Sur le terrain, plusieurs de ces mécanismes se combinent souvent au sein d'un même train de plis.