3D physical modelling of large-scale gravitational rock mass movements.
Modélisation physique tridimensionnelle des mouvements gravitaires de grande ampleur en milieu rocheux.
Résumé
Gravity is one of the principal forces controlling the evolution of mountain belts. The best known effects are various forms of landslides. However, gravity also causes movements over larger spatial and temporal scales, the effects of which are difficult to distinguish from tectonic structures or are hidden by erosion. These movements are known as Deep Seated Gravitational Slope Deformation (DSGSD). Understanding this phenomenon is therefore important, both from structural and geomorphological points of view and for the prediction of natural hazards. Yet the mode of rupture that causes these movements rests unknown due to the lack of observations at depth.
We have studied this phenomenon using a 3D experimental physical modelling approach. The first objective was to finalise the recently-developped experimental protocole. This method is based on the use of new analogue materials and an original experimental gravity loading device which allows tests to be carried out respecting the physical similarity criteria. The protocol also has the advantage of allowing the observation of incremental deformation, as well as obtaining cross-sections through the model to study deformation at depth. The study shows that the maximum depth of the rupture surface is of the same order as the height of the slope affected. Furthermore, during the evolution of the rupture, deep-seated phenomena help trigger gravity movements at a smaller scale. The larger-scale topography was also shown to be a major factor controlling the geometry and distribution of gravity movements.
We have studied this phenomenon using a 3D experimental physical modelling approach. The first objective was to finalise the recently-developped experimental protocole. This method is based on the use of new analogue materials and an original experimental gravity loading device which allows tests to be carried out respecting the physical similarity criteria. The protocol also has the advantage of allowing the observation of incremental deformation, as well as obtaining cross-sections through the model to study deformation at depth. The study shows that the maximum depth of the rupture surface is of the same order as the height of the slope affected. Furthermore, during the evolution of the rupture, deep-seated phenomena help trigger gravity movements at a smaller scale. The larger-scale topography was also shown to be a major factor controlling the geometry and distribution of gravity movements.
La gravité est un des principaux facteurs contrôlant l'évolution des chaînes de montagnes. Ses effets les plus connus sont les diverses formes de glissements de terrain. La gravité génère aussi des mouvements évoluant à plus grande échelle d'espace et de temps et dont les effets peuvent passer inaperçus, confondus avec ceux de la tectonique ou masqués par l'érosion. Ces mouvements sont connus sous le nom de DSGSD (Deep Seated Gravitational Slope Deformation). L'enjeu de la compréhension de ce phénomène est important, tant du point de vue de la géologie structurale ou de la géomorphologie que de celui de la prévention des risques naturels. Le manque d'observations en profondeur fait que les modalités de la rupture mises en jeu dans ces mouvements de grande ampleur sont inconnues.
Nous avons étudié ce phénomène par une approche de modélisation physique (expérimentale) tridimensionnelle. Le premier objectif de la thèse à donc été de finaliser la mise au point d'un protocole expérimental original récemment conçu. Cette méthode est fondée sur l'utilisation de nouveaux matériaux analogiques et d'un dispositif de chargement gravitaire original permettant de réaliser des modèles satisfaisant les critères de similarités physique. Ce protocole présente également l'avantage de pouvoir observer la déformation des modèles de manière incrémentale, ainsi que de permettre la réalisation de coupes pour visualiser la déformation en profondeur. Notre étude a permis de montrer que la profondeur maximale de la surface de rupture est comparable à la hauteur de l'édifice affecté. Par ailleurs, au cours de l'évolution de la rupture, ces phénomènes profonds participent au déclenchement de mouvements gravitaires de plus petite taille. Il a également pu être mis en évidence que la topographie à grande échelle est un facteur majeur contrôlant la géométrie et la répartition des mouvements gravitaires.
Nous avons étudié ce phénomène par une approche de modélisation physique (expérimentale) tridimensionnelle. Le premier objectif de la thèse à donc été de finaliser la mise au point d'un protocole expérimental original récemment conçu. Cette méthode est fondée sur l'utilisation de nouveaux matériaux analogiques et d'un dispositif de chargement gravitaire original permettant de réaliser des modèles satisfaisant les critères de similarités physique. Ce protocole présente également l'avantage de pouvoir observer la déformation des modèles de manière incrémentale, ainsi que de permettre la réalisation de coupes pour visualiser la déformation en profondeur. Notre étude a permis de montrer que la profondeur maximale de la surface de rupture est comparable à la hauteur de l'édifice affecté. Par ailleurs, au cours de l'évolution de la rupture, ces phénomènes profonds participent au déclenchement de mouvements gravitaires de plus petite taille. Il a également pu être mis en évidence que la topographie à grande échelle est un facteur majeur contrôlant la géométrie et la répartition des mouvements gravitaires.
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