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Accueil > Plateformes > Géophysique > Modélisation analogique

3- Sélection de travaux scientifiques récents :

- Déformation des marges actives liée à la subduction des reliefs océaniques (Thèse S. Dominguez, 1995-1998) :

Résumé : Une large part des déformations observées dans les marges actives est liée à la subduction de reliefs du plancher océanique (volcans sous-marins, rides et plateaux volcaniques). L’étude morphostructurale détaillée d’exemples naturels, combinée à une analyse des déformations à partir de modèles analogiques, a permis de caractériser les effets de la subduction des reliefs océaniques sur la tectonique du front de la marge et sur la sédimentation au niveau de l’avant-arc. Nos travaux révèlent que la subduction de volcans sous-marins génère d’importantes déformations qui se propagent vers l’intérieur de la marge. Le réseau de failles qui se développe se compose de rétrochevauchements et de décrochements conjugués qui sont liés au poinçonnement de la marge par le relief en cours de subduction. Ces déformations, mises en évidence grâce aux modèles analogiques, ont pu être observées in situ sur les marges du Costa Rica et des Ryukyus lors de campagnes océanographiques. Nos expériences de modélisation révèlent aussi que la morphologie du rentrant, qui résulte de l’indentation du front de la marge par le relief volcanique, peut fournir des informations sur la cinématique des failles et sur l’azimut de la convergence entre les plaques. La subduction de reliefs de la croûte océanique a aussi des conséquences sur l’évolution structurale globale de la marge en entraînant une modification importante de la géométrie du décollement basal qui se traduit par le développement d’une zone abritée en arrière du volcan en cours de subduction. Une partie du front du prisme d’accrétion est entraînée dans le sillage du relief provoquant ainsi une érosion tectonique importante du front de la marge. Les sédiments piégés dans la zone abritée sont, sous certaines conditions, sous-plaqués sous la marge en profondeur et participent à son épaississement. Ces différents mécanismes de déformation modifient profondément les circulations de fluides au niveau du décollement basal en favorisant le drainage puis l’expulsion de ces fluides par les nombreuses failles qui sont générées dans la marge par le relief en cours de subduction. Les variations de la pression de fluide qui pourraient en découler en particulier sont susceptibles de modifier localement le couplage mécanique inter-plaque et la sismicité autour du relief qui subduit.


Moélisation analogique de la subduction de volcans sous-marins

Exemples de terrain (marge du Costa-Rica) et modèles analogiques illustrant la subduction de volcans sous-marins dans une zone de subduction (S. Dominguez, 1998).

Financement : bourse du Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche (MESR).

Références :

Dominguez S., Malavieille J. & Lallemand S.E., 2000. Deformation of margins in response to seamount subduction - insights from sandbox experiments ; Tectonics, 19, n°1, 182-196.
Dominguez S., Lallemand S.E., Malavieille J. & Schnürle P. 1999. Oblique subduction of the Gagua Ridge beneath the Ryukyu accretionary wedge system : Insights from marine observations and sandbox experiments ; Marine Geophysical Researches, 20, 5, 383-402.
Dominguez S., Lallemand S.E., Malavieille J. and Von Huene R., 1998. Upper plate deformation associated with seamount subduction, Tectonophysics, 293, 207-224.
Dominguez S., Lallemand S.E., Malavieille J., et Pouclet A., 1995. Nouvelle interprétation structurale du mont sous-marin Daiichi Kashima et essai de reconstitution géodynamique. C. R., Acad., Sci., Paris., v. 320, IIa, p. 403-409.
Dominguez S. (1998). Déformation des marges actives liée à la subduction des reliefs océaniques, thèse de doctorat, Université Montpellier 2, 300 pp.
+ une vingtaine de communications à des congrès avec comités de lecture.



- Etude quantitative des processus de croissance des failles normales. Approche par modélisation analogique - (DEA A. Schlagenhauf, 2005 + thèse en cours sur la même thèmatique au LGIT (2006-2009) :

Résumé : Les failles sont des objets « dynamiques » qui grandissent « à coup de tremblements de terre répétés ». Pour mieux anticiper ces derniers, il est donc nécessaire de comprendre et caractériser quantitativement la façon dont les failles évoluent dans l’espace et dans le temps. La croissance spatio-temporelle des failles réelles étant difficile, sinon impossible, à observer en direct, nous choisissons d’aborder le problème par la modélisation analogique. Des failles normales expérimentales sont créées, et leur évolution est mesurée en continu. Plus précisément, nous avons conçu et mis au point une nouvelle configuration de modèle analogique, qui permet, par relaxation d’une mousse élastique préalablement comprimée, d’imposer une extension au matériau fragile du modèle (sable), qui est maximale au centre et décroît pour devenir nulle aux deux extrémités latérales. Sous cette extension croissante, des réseaux de failles normales se créent et se développent progressivement. Leurs paramètres majeurs (géométrie, longueur, profil de déplacement, déplacement maximum) sont mesurés en continu par interférométrie laser. Cette analyse permet ainsi de décrire quantitativement la façon dont les failles et systèmes de failles évoluent au cours de leur croissance.
Les résultats préliminaires sont encourageants et suggèrent la validité de cette approche. Les nombreuses données quantitatives sont comparées aux données publiées (en particulier, failles normales de l’Afar, Afrique de l’Est). Elles suggèrent un certain nombre de traits communs aux failles, révélateurs de leur comportement général :
 Les formes enveloppe des profils de déplacement sur les failles sont généralement triangulaires et asymétriques, et non elliptiques comme le prédit la théorie élastique.
 Les longues sections linéaires des profils de déplacement « pointent » dans la direction de propagation latérale des failles. La forme enveloppe d’un profil de déplacement fournit donc des informations précieuses sur l’histoire de la faille.
 De forts gradients de déplacement se forment là où les failles sont « arrêtées » dans leur propagation latérale par des « barrières », généralement des failles voisines antithétiques.
 Les failles s’organisent en systèmes ordonnés à des échelles supérieures. Quelque soit la forme des profils de déplacement sur les segments formant un système, ces profils « individuels » se combinent pour produire un profil de déplacement total sur le système de forme à nouveau triangulaire asymétrique. Le développement des profils de déplacement semble donc résulter d’un processus auto-similaire (i.e., indépendant de l’échelle).
 Les failles analysées évoluent par une alternance de phases de propagation latérale dominante et de phases de croissance verticale dominante. Dans cette seconde phase, les failles ne s’allongent pas ou peu, et sont donc capables de produire des séismes « caractéristiques » (L constante). Il semble que le passage d’une phase à l’autre dépende de la valeur du rapport Dmax/L de la faille considérée.


Légende de la photo (Schlagenhauf, 2006).

Financement : bourse du Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche (MESR).

Références :

Schlagenhauf A., I. Manighetti, J. Malavieille, and S. Dominguez, Incremental growth of normal faults : Insights from a laser-equipped analog experiment, submitted to EPSL, 2007.



- Interactions entre tectonique et processus de surface dans l’avant-pays alpin : apports de la modélisation analogique et analyse de la fracturation récente (Thèse C. Bonnet, 2004-2007) :

Résumé : Afin d’étudier la dynamique d’un système orogène/avant-pays et plus particulièrement l’impact des processus de surface sur son développement, notre travail se base sur deux axes principaux. Dans une première partie, à l’aide de modèles analogiques de prisme d’accrétion, nous analysons les interactions entre la tectonique, l’érosion et la sédimentation au cours de la croissance de l’orogène. Le modèle de base reproduit l’évolution d’une section de prisme, qui s’étend de l’orogène au bassin d’avant-pays, et où les héritages à la fois structural et lithologique sont simulés. Dans une seconde partie, l’accent est mis sur la tectonique récente et les processus géomorphologiques qui affectent la klippe des Préalpes suisses et les unités structurales environnantes (le bassin molassique et le Jura).

http://ethesis.unifr.ch/theses/index.php#Sciences
http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00138836/fr/


Vues en coupe et de ¾ du stade final d’un modèle analogique des Préalpes. L’érosion de surface a été réalisée manuellement (C. Bonnet, 2007). Notez l’exhumation des roches profondes en arrière du prisme (Bonnet, 2007).

Financement : Thèse en co-tutelle à l’université de Montpellier (J. Malavieille) et à l’université de Fribourg (J. Mosar). Le financement est assuré par le Ministère délégué à l’Enseignement supérieur et à la Recherche (France).

Références :

Bonnet, C., Malavieille, J. & Mosar, J. (2006) : Interactions between Tectonics, erosion and sedimentation during the recent evolution of the Alpine orogen - Analogue modeling insights, Tectonics ; submitted.
Mosar, J., Bonnet, C. & Malavieille, J. (2006) : Swiss Molasse Basin dynamics : Insights and lessons from analogue modeling, Basin Research ; submitted.
Bonnet, C., Malavieille, J. & Mosar, J. (2007) : Surface processes versus kinematics of thrust belts : rates of erosion, sedimentation, and exhumation – Insights from analogue modelling, Bulletin de la Société Géologique de France ; submitted.
Bonnet, C. (2007) : Interactions between tectonics and surface processes in the Alpine foreland : Insights from analogue model and analysis of recent faulting, Geofocus 17, PhD thesis (University of Fribourg), 189 pp



(dernière mise à jour : 11/2011)