Complexity and dynamics of the damage and rupture,
mecanics, seismicity and scaling invariance of geological objects
Complexité et Dynamique de l'endommagement et de la rupture,
Mécanique, sismicité et invariance d'échelle des objets géologiques
Résumé
This manuscript reports working concerning the damage and the failure of rocks for scales ranging from the one of laboratory sample to the one of earth-crust including cliffs and underground mines. The analyse of laboratory and in situ data's, their statistical modelling and the numerical simulation are associated in order to provide a comprehensive framework for the complexity we observe during the deformation and failure of rocks. First we present the statistical and scaling invariance properties of damage structure and seismicity observed during the deformation. A numerical model based on a mesoscopic approach is proposed. This model is able to reproduce the major part of the observation and to provide a robust mechanical frame and to give information on the conditions needed for their emergence. This approach allows us to consider the deformation and failure process as a complex system for which the macroscopic properties are emerging from the interaction of small scale element with simple properties. The role of fluid is studied basing on the induced seismicity in a small scale fractured massif and on the numerical simulation of rock/fluid interaction. Last, we proposed a research project for the study of long term damage and hydro-mechanical coupling.
Ce rapport rassemble des travaux portant sur l'endommagement et la rupture de roches à des échelles allant de celle de l'échantillon de laboratoire à la celle de la croûte terrestre en passant par celle des massifs rocheux (falaises et mines souterraines). On y associe l'analyse de données acquises au laboratoire et in situ , leur modélisation statistique et conceptuelle et la simulation numérique. Cette approche permet d'appréhender la complexité du comportement des roches selon différents aspects. L'accent est d'abord mis sur les propriétés statistiques et les invariances d'échelles des structures d'endommagement et des événements sismiques observés pendant le processus de déformation et de rupture. Un modèle numérique, basé sur une approche mésoscopique de l'endommagement, est présenté pour la simulation des processus de rupture à court et long terme. Il permet de reproduire de nombreuses observations expérimentales en leur donnant un cadre mécanique et en permettant ainsi de préciser leurs conditions d'apparition. Cette approche permet de considérer le processus de déformation et de rupture des roches comme un système complexe dont les propriétés macroscopiques émergent de l'interaction entre éléments de plus petite échelle ayant des propriétés simples. Le rôle des fluides dans ce processus est abordé par l'observation de la sismicité induite dans un massif rocheux fracturé et la simulation numérique du couplage roche fluides. Enfin un projet de recherche est développé sur le thème de l'endommagement à long terme et du couplage hydromécanique.
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