Etude de la fracturation et de la déformation d'un massif rocheux aux abords d'une faille d'échelle crustale dans le cadre du tracé du tunnel routier de Saint-Béat

par Stéphanie Mahé

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Alain Chauvet et de Marc Vinches.


  • Résumé

    Le massif de marbres de Saint-Béat se situe dans la Zone Interne Métamorphique des Pyrénées centrales françaises. Il est formé de sédiments mésozoïques métamorphisés lors de l'événement métamorphique extensif Haute température - Basse pression classiquement décrit dans les Pyrénées. L'objet de cette thèse est de caractériser la déformation ductile et la fracturation qui affectent ce massif, et de déterminer dans quelle mesure les processus responsables de la fracturation peuvent être influencés par l'état de déformation. Les caractéristiques de la déformation des marbres et de ses roches encaissantes seront déterminées essentiellement grâce aux orientations préférentielles des axes de la calcite (marbre) et du quartz (socle paléozoïque), déterminées à l'aide de mesures à l'EBSD. L'observation en lame mince des textures de la calcite permet de quantifier les taux de déformation et d'estimer la température de cette déformation. Combinés aux observations de terrain, ces résultats permettent de proposer un modèle structural retraçant l'évolution du bassin depuis l'extension aptio-albienne jusqu'à son état actuel. La fracturation du massif est ensuite regardée à différentes échelles, depuis la photo aérienne jusqu'à l'affleurement. Quatre zones seront étudiées en détail afin de classifier les fractures par familles de mêmes caractéristiques et de reconstituer localement les paléo-régimes de contraintes. On comparera les tenseurs obtenus avec les régimes tectoniques décrits dans la littérature. Trois faciès légèrement différents de marbre servent de base à une étude visant à discuter de l'état d'anisotropie de la roche. Ainsi, des essais en compression simple, en traction indirecte et des mesures de vitesses acoustiques sont pratiqués sur des carottes orientées réalisées dans ces trois faciès ; leurs résultats donnent accès aux caractéristiques internes de la roche. On comparera et discutera les résultats d'un faciès à l'autre, et au sein du même faciès, d'une orientation à l'autre. Les résultats obtenus sur la fracturation servent de guide à la classification des fractures observées sur les fronts de tirs, lors du creusement du tunnel routier de Saint-Béat, recoupant le massif sur plus d'un kilomètre du Nord au Sud.

  • Titre traduit

    Deformation and fracturing in a rock mass near a crustal scale fault. Geology, rock mechanics and implications for a tunnel project


  • Résumé

    The Saint-Béat massif, composed of different marble facies, is part of the Internal Metamorphic Zone of the French Central Pyrenees. It is formed by Mesozoic sediments metamorphosed by the High Temperature – Low Pressure extensional event, classically described in the Pyrenees. The aim of this work is to characterize the deformation and fractured state of the massif, and to understand how the former can constrain the latter. The ductile deformation state is recorded in calcite grains for Mesozoic rocks, or in quartz grains for Paleozoic rocks. Their preferential lattice orientations have been measured with the EBSD method. Calcite texture observations give indications about deformation rates and temperatures. These results, in addition with field observations, allow us to rebuild the structural evolution of the massif, from the Albian extension. Fracturing along the massif is described at different scales. Four outcrops are selected in order to characterize and to classify fractures, and locally reconstruct the paleo stress tensor. The obtained tensors are presented and compared to those already published. Three slightly different marble facies are used to discuss the degree of anisotropy of the rock. Mechanical experiments such as compression tests, tensile tests and velocity measurements of elastic waves are carried out on oriented cores within these three facies. These results provide internal rock characteristics which are discussed and compared for the three facies, and for different orientations of the cores.


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