Phénomène de nucléation des séismes : approche expérimentale par le cisaillement d'une farine de faille modèle

• Auteur / Autrice : Younès Hamza Messen
• Direction : Alain Corfdir, Jean Schmittbuhl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Marne-la-Vallée, ENPC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Foray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Sulem, Pierre-Yves Hicher, Pierre Foray
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hideo Aochi, Christophe Coste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (géologie)

Sols -- Perméabilité

Résumé

Pour caractériser certains comportements des gouges de failles, des travaux à l'Appareil de Cisaillement Simple Annulaire ont été réalisés. Ils consistent à cisailler un modèle de gouge épaisse sur des distances plurimétriques. La diminution progressive, à grand déplacement, du frottement apparent est représentée par une nouvelle loi puissance qui prend en compte le niveau de confinement et dans laquelle l'effet de l'eau est négligeable. Les pert urbat. Ions en déplacement, en dessous d'un certain seuil, en vue de relâcher le cisaillement, induisent une cicatrisation lors de la recharge où l'on a mis en évidence le rôle des déformations volumiques, et plus particulièrement la dilatation empêchée de la bande de cisaillement. Par ailleurs, la variation du confinement, sous forme sinusoïdale ou par paliers, entraîne une déformation volumique et une variation du cisaillement proportionnelles. Ces perturbations ont peu d'influence sur un échantillon ayant subi dans son passé un confinement supérieur à celui pratiqué par les variations. Les variations sinusoïdales se font sans déphasage et sans qu'il y ait résonance; l'effet de la période est plus présent à faibles valeurs ( < 20 s). La bande de cisaillement montre une réduction importante de sa perméabilité à l'eau attribuée à la production de fines particules résultant du broyage des grains de sable. Un nouveau dispositif permet d'avoir accès à des mesures de la pression normale au voisinage de la bande de cisaillement pour une interface rugueuse. La comparaison avec les travaux antérieurs sur une interface lisse conduit à une convergencé satisfaisante; une exception importante est le cas des phases d'adoucissement à long terme. La réponse globale des essais semble résulter de l'interaction entre la bande de cisaillement et le reste de l'échantillon.

Experimental investigations are carried out in order to characterize behavior of fault gouges. We use a cylindrical shear apparatus with a thick synthetic fault gouge sheared over plurimetric slip distance. The progressive slip-weakening of apparent friction is modeled by a new power law which takes int. O account confinement level without any notable effect. Of water. Shear stress release imposed by slip perturbation induces a systematic healing at reloading when the perturbation is greater than a certain threshold. This healing should be related to the prevented dilation of the shear band of localized deformation. Moreover, sinusoïdal or steps variation of confinement induces proportional volumetric strain and shear variation. The sinusoïdal confinement perturbation takcs place withoul tirnc lag and any resonancc phenornena. The effect of variation period is observed at small values ( < 20 s). Furthermore, the confinement variation has little influence on a sample already submitted to a confinement level greater than that covered by the variation. Interestingly, measurement during slip of hydraulic conductivity of the shear band shows a large reduction related to fine particles produced by grains crushing. Thanks to a new device, normal stress estimation at rough interface indicates comparable behavior to previous studies on smooth interface. An exception appears for large slip weakening phases. The general behavior of experiments seems to depend particularly on the interaction between the shear band and the surrounding soil.