Au delà du prisme critique de Coulomb par l'analyse séquentielle et contributions expérimentales

Topic outline

  • Section publique

    Thèse de doctorat 2012 FR

    Catégorie : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy

    Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise)

    Mots clés : Géologie, Prisme d'accrétion, Analyse limite, Mécanique, Taïwan,

    Auteur : Baptiste Mary

    Directeur de thèse : sous la direction de Bertrand Maillot et de Yves Leroy

    Fiche Sudoc

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    Résumé : Les chaînes d'avant pays et les prismes d'accrétion sont des accumulations sédimentaires décollées de la croÃute sous-jacente, dans un contexte compressif. En raison de basses températures, la déformation y est frictionnelle et sismogène. Dans la première partie on étudie des échantillons de grès prélevés à proximité de la faille active de Chelungpu, front de déformation du prisme d'accrétion de Taiwan. On montre que l'orientation préférentielle des micro-fractures intra-granulaires existantes ne coïncide pas toujours avec l'orientation des nouvelles micro-fractures produites lors d'essais mécaniques, contredisant des résultats de travaux similaires.La deuxième partie présente l'étude d'une modélisation numérique utilisant l'analyse limite séquentielle d'un prisme frictionnel homogène. On développe cette approche 2D comme une généralisation semi-analytique de la théorie du prisme critique pour suivre la déformation, en intégrant accrétion frontale, adoucissement frictionnel et érosion. Une étude paramétrique systématique révèle le comportement chaotique de la déformation, très sensible aux détails topographiques, mais aussi une organisation statistiquement prévisible des longueurs d'activation du décollement. On distingue par ailleurs une organisation temporelle complexe contrôlée par l'adoucissement frictionnel et les quantités accrétées : par exemple une périodicité d'activation des grandes failles hors-séquence. L'introduction d'une loi d'érosion simple produit un florilège de géométries proches de structures géologiques courantes --- vergence et épaisseur des écailles, duplexes, éventails imbriqués, exhumation. Enfin, une application de la méthode à des expériences de déformation de sables montre la possibilité d'estimer les paramètres de friction in-situ, via des mesures de force.

    Résumé : Chains foreland and accretionary prisms are sedimentary accumulations detached from the underlying crust in a compressive context. Due to low temperatures, deformation is frictional and seismogenic.In the first part we studied sandstone samples collected near the active fault of Chelungpu, deformation front of the Taiwanese accretionary prism. We show that the current preferred orientation of intra-granular microfractures does not always coincide with the orientation of new micro-fractures produced during mechanical testing, contradicting the results of similar work.The second part presents the analysis of numerical modeling using sequential limit analysis of frictional homogeneous prism. We develop this 2D approach as a semi-analytic generalization of the critical prism theory to monitor deformation, including frontal accretion, frictional softening and erosion. A systematic parametric study reveals the chaotic behavior of the deformation --- very sensitive to topographic details --- but also a statistically predictable organization of activation lengths of the décollement. We distinguish also a complex temporal organization controlled by frictional softening and accreted amounts : for example periodicity of activation of large out of sequence faults. The introduction of a simple erosion law produced a plethora of common geological structures --- vergence and thickness of thrusts, duplexes, imbricate fans, exhumation. Finally, an application of the method to sand deformation experiments shows the possibility of estimating in-situ frictional parameters, through force measurements.

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