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Fractures, failles, fluides

Paramètres physiques de la genèse des fractures et des failles

i) Recherche des paramètres physiques naturels syn-rupture en vue de la calibration des modélisations analogiques et numériques de la fracturation

L’estimation des conditions physiques de genèse des fractures en contexte géologique profond ou de subsurface est un problème fondamental qui demeure l’objectif principal du consortium GeoFracnet (Resp. J.P. Petit). Le recours à la modélisation numérique ou analogique de systèmes fracturés naturels à l’échelle du massif ou du réservoir nécessite une calibration sur des paramètres physiques régnant dans l’environnement naturel. Ces paramètres sont potentiellement très nombreux (contraintes tectoniques aux limites et locales, pression fluides, conditions poro-thermo-élasto-plastiques, propriétés mécaniques des matériaux, fabriques initiales, taux de restitution de l’énergie pour la rupture en Mode I etc..). Il est cependant fondamental de circonscrire ces paramètres et de caractériser les plus importants si l’on veut calibrer les modélisations, mais aussi de modéliser les chemins et les évolutions suivis par ces paramètres.

Notre programme vise à déterminer les chemins suivis par ces paramètres en
appliquant une approche quantitative comparative d’horizons fracturés de lithologies semblables mais soumis à des histoires géologiques contrastées en particulier en termes d’enfouissement et de contraintes tectoniques subies. Une étude préliminaire a montré que les séries sédimentaires crétacées-tertiaires de l’avant-pays sud-pyrénéen se prêtent à une telle approche dans la mesure où les mêmes horizons ont subi des histoires variées en liaison avec la formation des bassins et leur implication ou non dans des nappes (P. Labaume et collaborations avec Barcelone). L’Anti-Atlas marocain fournit également un chantier de choix compte tenu de l’épaisseur de sa couverture paléozoïque affectée par des raccourcissements variables (J.P. Petit et collaboration avec H. Ouanaïmi, ENS Marrakech)

L’approche est nécessairement multidisciplinaire et fait appel à des méthodes
complémentaires : étude des mâcles de la calcite qui colmate les fractures pour estimer le tenseur de contrainte (Ph. Laurent), analyse des inclusions fluides et de la chimie des veines pour déterminer les conditions pression/température et le comportement des fluides pendant la croissance des minéraux (A. Chauvet, P. Labaume - cathodoluminescence), mesure des traces de fission déterminant l’âge du soulèvement le plus récent (M. Jolivet).

Nous proposons également d’étudier les relations qui existent entre les contraintes tectoniques, la fracturation des roches et l’anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM) et de la rémanence (AARM). Ceci devrait permettre de caractériser les épisodes de fracturation les plus précoces et de voir comment des déformations très discrètes peuvent influencer des ruptures tardives lors du déconfinement (B. Smith, P. Camps, H. Ouanaïmi ENS Marrakech).

Les modélisations faisant appel à ces paramètres en vue de calibration seront conduites à Montpellier par A. Taboada qui développe des analogues numériques granulaires de roches dont les lois de comportement pourront être modulées en fonction des résultats obtenus, et par A. Chemenda à Nice qui mène parallèlement des expérimentations sur matériaux analogues à l’échelle et développe des modélisations numériques 2D et 3D de matériaux hétérogènes.

    • Membres du laboratoire : J.P. Petit, P. Camps, A. Chauvet, M. Jolivet, P. Labaume, P. Laurent, B. Smith, R. Soliva
    • Collaborateurs extérieurs : A. Chemenda (Géoazur, Nice), H. Ouanaïmi (ENS Marrakech), A. Travé (Univ. Barcelone).

ii) Paramètres physiques de la genèse des failles


Ce projet prolonge le travail réalisé de 2001 à 2005 dans le cadre du GDR Corinthe (P. Labaume, P. Pezard, S. Gautier). Il s’agit d’abord de finaliser le travail déjà entrepris sur le rôle des transferts de matière dans le développement et l’activité des zones de failles normales affectant les carbonates. Les résultats obtenus serviront à calibrer des modélisations numériques de transfert de matière dont le but est de déterminer le temps caractéristique du scellement des fractures par un fluide réactif, et donc de la récurrence de la sismicité contrôlée par les variations de la pression fluide (modélisation par F. Renard à Grenoble). Pour cela, nous compléterons l’étude microstructurale et géochimique des échantillons déjà collectés sur les failles affleurantes et dans le forage d’Aigion (P. Labaume, L. Briqueu), en collaboration avec le LGIT de Grenoble (E. Carrio, F. Renard, J.F. Gamond) et l’Université de Barcelone (A. Travé). On poursuivra par ailleurs le travail de caractérisation pétrophysique et géophysique de la structure et de la dynamique post-séisme de la faille de Nojima (Japon) en collaboration avec le LGIT de Grenoble (A.-M. Boullier) et le GSJ au Japon (H. Ito).

Le travail sur le rift de Corinthe sera élargi par une collaboration avec A. Benedicto (ParisXI-Orsay ; thèse de M. Bussolotto co-encadrée par P. Labaume, financement Total). L’objectif est de développer un modèle mécanique du développement des failles. Du point de vue analytique, le travail sur le rôle des fluides sera couplé avec l’analyse de l’architecture macroscopique des zones de failles (S. Gautier), et de la fracturation entre les zones de failles principales. Une modélisation mécanique sera développée par Catherine Homberg (Paris VI) pour modéliser l’état de contrainte autour de la faille dans une série multicouche. Le but est d’associer des paramètres rhéologiques et mécaniques aux structures observées.

    • Membres du laboratoire : P. Labaume, L. Briqueu, S. Gautier, P. Pezard
    • Collaborateurs extérieurs : E. Carrio, F. Renard, J.F. Gamond, A.M. Boullier (LGIT, Grenoble), A. Travé (Univ. Barcelone), A. Benedicto, C. Homberg (Paris XI – Orsay) J. Virieux (Nice), H. Ito (GSJ, Japon).