Approche expérimentale in-situ de la signature sismique du rôle des fluides dans la rupture des zones de faille : application à la rupture des grands versants rocheux fracturés

In-situ experimental study of the seismic signatures of the role of fluids in the rupture of fault zones : application to large rockslides failure studies

• Auteur / Autrice : Benoît Derode
• Direction : Frédéric Cappa, Yves Guglielmi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers
• Date : Soutenance le 01/07/2013
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Géoazur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Cappa, Yves Guglielmi, Anne Mangerey, Stéphane Garambois, Jean Virieux, Stéphanie Gautier, Stéphane Gaffet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glissements de terrain

Failles (géologie)

Contraintes (mécanique)

Séismes

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Fluides

Hydromécanique

Sismicité

Transfert de contrainte

Affaiblissement de la résistance

Expériences in-situ

Modélisations couplées

Failles

Glissements de terrain

Zone non saturée

Fluids

Hydromechanics

Seismicity

Stress transfer

Strength weakening

In-situ experiments

Hydromechanical coupled modelling

Landslides

Unsaturated zone

Résumé

Cette thèse s’intéresse à la signature sismique du rôle des fluides dans les mécanismes de déformation des roches fracturées de la croûte supérieure, et plus précisément les failles et les glissements de terrain. S’il est admis que les fluides sont un facteur déclenchant de la rupture dans le cas d’épisodes de forçages climatiques importants ou de glissements très superficiels, leur rôle dans la déstabilisation des grands volumes associée à des forçages faibles est beaucoup moins bien compris. Ainsi, il apparaît nécessaire d’acquérir de nouvelles données synchrones des pressions/débits de fluides, de la déformation et de la sismicité sur le terrain dans des conditions de chargement hydraulique contrôlées pour progresser dans la compréhension des liens entre processus hydromécaniques et sismiques participant à la nucléation de la rupture des roches en partie associée à la réactivation de fractures existantes. Motivé par ce besoin de nouvelles observations, ce travail de thèse concerne l’interprétation de la sismicité produite lors d’expériences originales de stimulation hydraulique (0.3 à 3.5 MPa et 10 à 3000 secondes) de petites zones de faille ou de fractures de taille décamétrique, situées en zones non saturées profonde de versants rocheux. Ces expériences consistaient à produire des déformations menant à l’activation du glissement le long des fractures préexistantes. Le protocole expérimental combine des mesures de déformations/pressions distribuées dans les structures géologiques à des capteurs sismologiques proches (échelle métrique à décamétrique) des zones sources.

This PhD dissertation focuses on the seismic signatures of the role of fluids in the deformation mechanisms of fractured rocks in the upper crust, mainly faults and landslides. While it is generally admitted that fluids are a triggering mechanism for rupture in the cases of episodic and major climate forcing events on shallow landslides, their role in the destabilization of large volumes of rocks, associated to weak forcing, is less understood. Thus, it is primordial to acquire new synchronous data of fluid pressure/flow, deformation and induced seismicity in the field, under controlled conditions of the hydraulic loading, in order to better understand the relationship between seismic and hydromechanical processes involved in the nucleation of rock ruptures, in part associated to the reactivation of existing fractures. Motivated by the need for new observations, this PhD thesis concerns the interpretation of the induced seismicity within unsaturated zones of deep rocky slopes, during original and controlled hydraulic stimulation experiments (0.3 to 3.5 MPa and from 10 to 3000 seconds) of small areas of decameter size. These experiments consisted in triggering rock deformations which lead to the activation of rock sliding along pre-existing fractures where deformation/pressure measurements and seismic sensors were distributed. These experiments were carried out in the Low Noise Underground Laboratory (France), which allows the access to fault zones within a rocky slope (at 250 m depth) and enables accurate geophysical measurements in conditions of very low environmental noise.