Couplages thermo-hydro-mécaniques et chimiques lors de la rupture et du glissement sismiques

par Nicolas Brantut

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Yves Guéguen.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .


  • Résumé

    Des expériences de déformation du gypse à des températures de 25 à 70°C montrent une localisation de la déformation dans des bandes de cisaillement, par des processus à la fois fragiles et ductiles. La déformation est lente à température ambiante alors qu'à 70°C la formation des bandes de cisaillement est dynamique. Dans des tests jusqu'à 150°C, au-delà de la température de déshydratation du gypse, les échantillons se compactent fortement, ce qui est associé à une forte activité acoustique. Au cours de la transformation, le module de Poisson de la roche diminue, à cause des effets de fissuration et du remplacement des phases. L'analyse théorique des couplages thermo-hydro-mécaniques et chimique au cours de la nucléation et du glissement sismique montre que le caractère endothermique des réactions de déshydratation permet une limitation très efficace de la température le long des failles, y compris pendant des glissements rapides. Cet aspect est confirmé par des tests expérimentaux de friction sur du gypse soumis à un glissement à haute vitesse. De plus, les analyses de stabilité du système théorique montrent que les réactions de déshydratation peuvent déstabiliser un glissement stable et ainsi provoquer une accélération pouvant donner lieu à un séisme. Les travaux présentés dans cette thèse montrent la complexité du comportement mécanique des roches contenant des minéraux hydratés ; cela met en lumière l'importance de la connaissance de la lithologie et de la minéralogie des roches, ce qui est souvent mésestimé en sismologie. Cette complexité est sans doute responsable de la grande variété de séismes observés dans la nature.

  • Titre traduit

    Thermo-hydro-mechanical and chemical couplings during rupture and seismic slip


  • Résumé

    Deformation tests on gypsum at 25 and 70°C show that strain is localized in shear bands, formed by a mixture of brittle and plastic processes. Shear banding is slow at room temperature whereas it is dynamic at 70CC. This acceleration of the deformation with increasing temperature could be explained by a thermal activation of plasticity. In heating tests up to I50°C, above the dehydration temperature of gypsum , the samples undergo a strong compaction, which is associated with a large acoustic activity. During the reaction, the Poisson's ratio of the rock decreases, due to microcracks accumulation and phase change. A theoretical analysis of thermo-hydro-mechanical and chemical couplings during nucleation and seismic slip demonstrates that the enclothennic character of dehydration reactions is responsible for a strong thermal buffering of the plane, even if the slip rate is high. This prediction is confirmed by experimental high-velocity friction tests on gypsum. In addition, the stability analysis of a theoretical fault model shows that dehydration reactions can clestabilize a normally (i. E. When no reaction occurs) stable fault, which can potentially lead to an earthquake. The work summarized in this thesis shows a great complexity of the mechanical behaviour of thermally unstable rocks; it emphasizes the importance of a good knowledge of fault rocks lithology and mineral composition, which is often overlooked by seismologists. This complexity is probably responsible for the great variety of earthquakes observed in nature (e. G. Slow or silent slips, low frequency events. Non-volcanic tremors. . . ).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IX-296 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 246 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2010) 245
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