Le comportement mécanique des roches

Les roches à la surface du globe constituent des matériaux qu’on qualifie généralement de durs ou encore de solides (solide comme un roc !). Certaines sont néanmoins meubles, lorsqu’elles n’ont pas de cohésion comme le sable. D’autres encore peuvent apparaître malléables quand elles sont humides comme les argiles. Ainsi une roche « solide » soumise à des coups de marteaux finira par casser, une roche telle que l’argile servir de pâte à modeler sous de légères pressions. Dans le premier cas, on parle de comportement fragile, dans le second cas de comportement ductile.

Si la composition chimique est un paramètre fondamental en ce qui concerne le comportement des roches, il n’est pas le seul.
Dans l’exemple précédent de l’argile, le fait que celle-ci se comporte de manière ductile ne tient pas tant dans sa composition chimique que par le fait qu’elle peut retenir de l’eau : lorsqu’elle cette dernière s’évapore, comme on peut l’observer sur le fond d’une marre asséchée, l’argile se craquelle, c'est-à-dire que de ductile elle est devenue fragile sous l’effet des tensions que l’évaporation d’eau entraîne.

remarque Remarque

Autrement dit le comportement mécanique des roches dépend aussi de la quantité de fluides qu’elles contiennent, et plus précisément de la pression à laquelle ces fluides se trouvent enfermés dans la roche (la pression accrue d’un pas sur l’argile mouillée rend celle-ci d’autant plus glissante).

Cette « pression fluide » peut être énorme et atteindre la pression lithostatique si les fluides se retrouvent totalement isolés de la surface.
La température est également un paramètre physique fondamental, si ce n’est le plus influent sur le comportement mécanique des matériaux : la température augmentant, la glace solide se transforme en eau liquide qui se transforme en vapeur. La température entraîne aussi une variation du volume des matériaux et en conséquence, pour un même poids, une variation de leur densité : plus la température augmente, plus la densité diminue et inversement.

complement Complément

Aussi, comme n'importe quel autre matériau, quand la température augmente, les roches tendent de fragiles à devenir ductiles, de solides (elles fondent), et leurs densités diminuent.

Le temps, ou plus précisément la vitesse de déformation est un autre paramètre important. Lorsque une roche casse, sa déformation est instantanée, ce qui se produit lors d’un séisme.
Lorsque les roches ont un comportement ductile, on dit aussi qu’elles sont visqueuses, comme sous l’influence d’une augmentation de la température, elles fluent à des vitesses très lentes alors qu’elles peuvent apparaître rigides sur des temps d’observation très courts.
L’analogie peut être faite avec un glacier dont la glace apparaît rigide quand on marche dessus et qui en fait s’écoule à des vitesses de l’ordre parfois de plusieurs mètres par an en se déformant ductilement.

Définition

La pression hydrostatique est égale au poids d’une colonne d’eau s’exerçant sur un m2.
De même la pression lithostatique est égale au poids d’une colonne de roches s’exerçant sur un m2.
L’unité internationale est le pascal (pa) mais les géologues parlent encore souvent en kilobars (kb).
1 b = 105 pa, soit 10 kilobars = 1 gigapascal = 109 pa.