Thèse soutenue

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Auteur / Autrice : Mathilde Adelinet
Direction : Laurent GeoffroyJérôme FortinYves Guéguen
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géologie
Date : Soutenance en 2010
Etablissement(s) : Le Mans
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géodynamique des rifts et des marges passives (Le Mans)

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les roches basaltiques constituent près de 60 % de la surface terrestre formant en particulier la couche supérieure de la croûte océanique. Afin de mieux appréhender la capacité de rétention en fluides des basaltes, une meilleure connaissance de leurs propriétés mécaniques et élastiques est indispensable. L'originalité de ce travail de thèse réside dans l'étude de certaines de ces propriétés à differentes échelles. L'approche grande échelle porte sur l'étude des propriétés de la croûte islandaise sous la péninsule de Reykjanes. A partir des données de tomographie acquises en 2005 et en utilisant un modèle de milieu effectif adéquat, nous avons réinterprété les données de vitesses des ondes sismiques en terme de variations des paramètres de fissuration et de l'état du fluide avec la profondeur. Globalement, les résultats d'inversion montrent une diminution de la densité de fissures et du facteur de forme avec la profondeur dans la région étudiée. A l'inverse, au niveau des zones d'anomalies localisées en tomographie, la densité de fissures tend à augmenter avec la profondeur. L'existence d'un ou plusieurs réservoir(s) de fluide supercritique sous pression pourrait être à l'origine de ce constat. A l'échelle de l'échantillon, nous avons étudié les modes de déformation d'un basalte de Reykjanes en presse triaxiale. A des pressions effectives faibles, le basalte soumis à un chargement axial se casse selon un plan de cisaillement oblique. Pour des pressions effectives plus importantes (supérieures à 75 MPa), le même type de chargement entraîne une localisation de la déformation sous forme de bandes subhorizontales. Une étude fine des émissions acoustiques émises au cours du chargement associée à celle de la microstructure des échantillons déformés a permis de montrer que ces bandes étaient le siège de processus associant cisaillement et compaction. C'est la première fois qu'un tel mode de déformation est observé expérimentalement sur des roches basaltiques à porosité faible (8 %). Enfin, nous nous sommes intéressés aux propriétés élastiques du basalte à l'échelle microscopique en étudiant la dispersion des modules élastiques avec la fréquence. Il est généralement connu que les vitesses des ondes élastiques émises à basse fréquence (BF) sont plus faibles que celles des ondes émises à haute fréquence (HF). Une partie de leur énergie est dissipée par des mécanismes d'écoulement de fluide à differentes échelles. Nous nous sommes intéressés au mécanisme dispersif du squirt-flow (écoulement local entre inclusions). Nous avons pour cela utilisé une approche couplant théorie et expérimentation. A l'aide d'un modèle de milieu effectif et des équations de Biot-Gassmann, les dispersions théoriques des modules d'incompressibilité K et de cisaillement G ont été calculées en fonction de la microstructure de porosité. On a montré que la dispersion était maximale quand le milieu était composé de pores sphériques (facteur de forme 1) et de fissures aplaties (facteur de forme 5. 10-3). Un nouveau protocole expérimental en presse triaxiale a été développé au cours de cette thèse permettant d'acquérir des données de dispersion de K avec la fréquence. Les résultats expérimentaux sont venus confirmer les prédictions théoriques. Un effet de squirt-flow a ainsi été mis en évidence dans le basalte tant que les fissures sont ouvertes.