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Theses

Localisation de la déformation dans les milieux fragile-ductile : approche expérimentale et application à la lithosphère continentale

Résumé : La déformation de la partie supérieure de la lithosphère continentale s'exprime à travers la nucléation, la croissance et la coalescence de failles. A l'échelle de l'affleurement (échelle locale), ces failles traduisent une localisation de la déformation. Cependant, à une échelle globale (échelle du système), elles peuvent traduire une déformation plus distribuée. Ce transfert d'échelle (de l'échelle locale à l'échelle globale) dépend fortement des mécanismes de déformation impliqués. La lithosphère est un milieu au sein duquel coexistent différents mécanismes de déformation (la rupture fragile et le fluage ductile par exemple). Comprendre son comportement mécanique nécessite de prendre en compte cette variation rhéologique. Dans ce but, nous avons réalisé des modèles analogiques qui respectent la stratification fragile-ductile et qui sont dimensionnés par rapport à la gravité. Ces modèles sont construit en superposant un niveau de sable (localisant la déformation) sur un niveau de silicone (qui distribue la déformation). Le comportement mécanique de ces modèles est décrit à l'aide d'un nombre adimensionnel déterminé expérimentalement (r). Selon la valeur de r, deux modes de déformation peuvent être individualisés, chacun caractérisés par une géométrie des réseaux de failles différente (distribution des longueurs et organisation spatiale). Lorsque r est inférieur à 0,5, la déformation est distribuée sur l'ensemble de l'expérience. Le réseau de failles se caractérise par une distribution de longueurs qui suit une loi exponentielle dont la longueur caractéristique /0 est égale à l'épaisseur du niveau fragile. Les failles sont réparties uniformément dans l'espace et la dimension fractale de ce réseau est égale à 2. Lorsque r est supérieur à 0,5 la déformation est localisée le long de deux bandes de cisaillement auxquelles est associé un réseau complexe de failles. Une analyse très fine du champ de déformation a montré l'existence de fluctuations spatiales et temporelle de l'intensité de la déformation (liées aux fonctionnement des failles) et une organisation spatiale qui évolue au cours du temps. Avant la localisation, la dimension fractale est égale à 2, ce qui traduit la nature décorrélée du champ de déformation. Après la localisation, la dimension fractale devient égale à 1,9. La distribution des longueurs de failles suit une loi gamma. Cette loi est une fonction . mixte entre une loi exponentielle et une loi de puissance qui se caractérise à l'aide d'une longueur caractéristique 10 et d'un exposant a. La longueur /0 augmente fortement selon la valeur de r. L'exp'osant a est toujours proche de 2 indépendamment de la valeur der. La dimension fractale des failles est égale à 1,8, traduisant la nature corrélée de la fracturation et la localisation. Cette approche expérimentale a permis 'de relier la géométrie des réseaux de failles à la mécanique du système et donc de préciser le mode de croissance de ces réseaux. La transition entre les ces deux modes de déformation est brutale et intervient pour un rapport de résistance r critique. Elle peut être assimilée dans sa nature à une transition de phase. Cette transition est effective lorsque la longueur caractéristique /0 devient plus grande que l'épaisseur finie du niveau fragile. Elle s'interprète comme le passage d'une croissance des failles suivant les directions verticales et horizontales, à une croissance dans la direction horizontale. Ces différents résultats, concernant la dépendance r sur la distribution des longueurs de failles et sur l'organisation spatiale des réseaux de failles permettent de préciser le mode de déformation de la lithosphère continentale. Une estimation de r montre que celui-ci est proche de la valeur critique, la déformation pouvant donc être localisante ou non localisante. Une analyse plus précise du réseau de failles en Afars (Ethiopie) suggère une déformation plutôt localisante.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00619309
Contributor : Isabelle Dubigeon <>
Submitted on : Tuesday, September 6, 2011 - 10:11:46 AM
Last modification on : Thursday, January 14, 2021 - 11:38:21 AM
Long-term archiving on: : Wednesday, December 7, 2011 - 2:23:27 AM

Identifiers

  • HAL Id : tel-00619309, version 1

Citation

Eric Bonnet. Localisation de la déformation dans les milieux fragile-ductile : approche expérimentale et application à la lithosphère continentale. Géologie appliquée. Université Rennes 1, 1996. Français. ⟨tel-00619309⟩

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