Modélisation numérique de la propagation des failles décrochantes dans la lithosphère.

Numerical modelling of the strike-slip faults propagation in the lithosphere

• Auteur / Autrice : Nafissatou Traore
• Direction : Joël Frelat, Bertrand Meyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Geosciences et Ressources Naturelles
• Date : Soutenance le 10/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Habibou Maitournam, Geoffrey King, Hélène Dumontet, Philippe Huchon, Corrado Maurini, Frédérique Rolandone

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Failles (géologie)

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Mots clés libres

Modélisation

Faille

Lithosphère

Endommagement

Propagation

Rupture

Modelling

Litosphere

Résumé

La modélisation numérique de la propagation des failles décrochantes est essentielle à notre compréhension du comportement mécanique long terme de la lithosphère. Dans un premier temps, nous avons cherché à reproduire la déformation intersismique autour d'une faille préexistante. Cette modélisation du chargement intersismique a permis de déterminer quelle rhéologie et quel type de chargement, justifiables mécaniquement et géologiquement, étaient nécessaires à l'obtention d'une déformation de surface cohérente avec les mesures géodésiques. Pour un déplacement latéral tel qu'imposé par le mouvement long terme des plaques, il faut imposer une hétérogénéité structurelle à l'aide d'une zone de faible viscosité sous la partie bloquée de la faille. Dans un second temps, nous avons étudié la propagation d'une faille à l'aide de la mécanique de l'endommagement. Cette approche permet de prédire l'évolution de l'endommagement sans prédéterminer le chemin de propagation, et de faire le lien avec la théorie de Griffith. Nous avons amélioré cette approche en introduisant une contrainte tangentielle résiduelle sur la faille qui s'apparente à l'introduction de friction sur les plans de faille, et en permettant l'utilisation, pour la première fois en mécanique de l'endommagement, de méthodes de résolutions mixtes. Ces développements ont permis de décrire dans des cas simples l'évolution d'une faille, ouvrant ainsi la voie à l'utilisation de nouveaux types de modèles de croissance et de propagation des failles.

Numerical modelling of strike-slip faults propagation is essential to understand the long-term mechanical behavior of the lithosphere. Firstly, we aim to reproduce the interseismic deformation of a preexisting fault. The modelling of this interseismic regime enables us to determine what rheology and loading, both mechanically and geologically justifiable, are required to obtain a surface deformation that matches the geodetic measurements. When the lateral displacement is due to the long-term plates motion, a structural heterogeneity has to be imposed by the mean of a weak viscous zone beneath the locked fault. Secondly, we study fault propagation by using damage mechanics. This approach allows the prediction of damage evolution, without previously knowing the propagation path, and makes the link with the Griffith's theory. We improve this approach with the introduction of a residual tangential stress on the fault that is similar to fault planes friction, and we use mixed resolution methods, which represents a novelty in damage mechanics. These developments make possible the description of fault evolution for simple cases, and open the way towards the use of new growth and propagation fault models