La localisation de la deformation dans les milieux fragile-ductile : approche experimentale et application a la lithosphere

par Éric Bonnet

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Philippe Davy.

Soutenue en 1996

à Rennes 1 .

mots clés

Résumé

La localisation de la deformation est un phenomene important dans l'etude de la rupture des materiaux. Celle-ci resulte de la nucleation, de la croissance et de la coalescence des failles qui s'organisent suivant un reseau dont la geometrie est complexe a analyser. Comprendre le phenomene de localisation de la deformation necessite donc de comprendre la dynamique de la croissance de ces reseaux de failles. C'est a ce processus de localisation et a son expression dans la lithosphere auquel nous nous sommes attache a travers cette etude. Le role quantitatif des failles sur les deformations lithospherique a toujours fait l'objet d'un debat scientifique. S'il est indeniable que dans les niveaux superficiels de l'ecorce terrestre les deformations sont principalement concentrees dans les failles, le comportement moyen de la lithosphere terrestre est toujours sujet a discussion. Parce que la lithosphere est un milieu rheologiquement stratifie, nous avons choisi de representer son comportement mecanique a l'aide de modeles analogiques qui respectent la stratification fragile-ductile et qui sont dimensionnes par rapport a la gravite. Ces modeles sont construits en superposant un niveau de sable (qui localise la deformation) sur un niveau de silicone (qui distribue la deformation). Le comportement mecanique de ces modeles est alors decrit a l'aide du rapport de resistance existant entre ces deux niveaux. Selon la valeur de , on observe deux modes de deformations. (1) lorsque ce rapport est inferieur a 0,5 la deformation est distribuee sur l'ensemble de l'experience et la dimension de correlation du champ de deformation, qui traduit son organisation spatiale, est egale a 2. Le reseau de failles se caracterise par une distribution des longueurs qui suit une loi exponentielle dont la longueur caracteristique est egale a l'epaisseur du niveau fragile. La dimension fractale de ce reseau est egale a 2. (2) lorsque est superieur a 0,5, la deformation se localise le long de deux bandes de cisaillements auxquelles sont associees un reseau complexe de failles. Le champ de deformation presente une dimension de correlation egale a 1,9. La distribution des longueurs de failles suit une loi gamma, caracterisee par une longueur caracteristique l#o et par un exposant a. La dimension fractale est egale a 1,8. La transition entre ces deux modes de deformation est brutale, et intervient pour un rapport de resistance critique. Elle peut etre assimilee dans sa nature a une transition de phase. Cette transition est effective lorsque la longueur caracteristique l#o devient plus grande que l'epaisseur du niveau fragile. Cela peut s'interpreter comme le passage depuis une croissance tridimensionnelle des failles (dans les directions horizontale et verticale) a une croissance bidimensionnelle (dans le plan vertical). La determination de la longueur caracteristique et de la dimension fractale a partir de reseau de failles naturels suggere pour la depression afar et la region de san-andreas une deformation localisante

Titre traduit

Strain localization in brittle-ductile medium: an experimental approach and implication for lithospheric deformation

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