Modélisation analogique

La thématique du laboratoire de modélisation physique en tectonique est principalement axée sur la mécanique des plissements/chevauchements.

Les essais analogiques sont réalisés sur des modèles de prismes d'accrétion et de chaînes d'avant-pays. Le travail expérimental réalisé au laboratoire de Cergy est étroitement couplé avec le travail de modélisation numérique que nous développons en parallèle (logiciel : SLAMTec). L'objectif de ces expériences analogiques est double.

D'une part, ces expériences nous permettent une approche mécanique du problème. En effet, elles viennent valider les simulations numériques d'évolution des chevauchements au cours du raccourcissement. Les observables sont interprétées par la théorie des problèmes inverses, dans laquelle notre méthode numérique résout le problème direct. Ainsi une étude paramétrique systématique est menée et un aller-retour constant entre l'expérience et la prédiction numérique aide à la meilleure compréhension des structures. D'autre part, ces essais analogiques seront utilisés de plus en plus pour la modélisation de cas naturels de terrain en 3D.

Le laboratoire de modélisation analogique du GEC a été crée en 2005. Deux chercheurs et deux ingénieurs sont impliqués dans le développement de ce laboratoire. De nombreux étudiants ont travaillé sur ses problématiques (Licence 3, Master, quatre doctorants) et des TP sont organisés pour divers masters, en particulier pour le master Enseignement de notre Université. Plusieurs collaborations nationales et internationales ont lieu autour de ce laboratoire. 

- Développements et résultats expérimentaux:

1) Mesure de la force de poussée externe et comparaison à la force de poussée prédite par SLAMTec (Mary et al., 2013)

2) Automatisation des expériences grâce à l'élaboration de deux semeuses de sable adaptées à chacune des boites (Maillot, 2013)

3) Estimation des effets de bords dans la boite, pour chaque configuration possible (Fixe et Mobile). (Souloumiac et al., 2012)

4) Estimation de barres d'erreur expérimentales (Cubas et al., 2010)

5) Analyse de la théorie du prisme critique en 3D.

6) Etude de matériaux cohésifs.

- Applications géologiques:

1) Etude du prisme d’accrétion de la Chaîne du Lengurru (Thèse de Vivien Bailly, 2009).

2) Etude du réservoir de Kharyaga (projet Total)

3) Analyse de la cinématique nécessaire pour obtenir des chevauchements en vergence inverse.

4) Analyse de la cinématique liée à un multi-décollement, application au cas de l'anticlinal du Mont Terri.

EQUIPEMENTS PRINCIPAUX :

Appareillages d’expérimentation :

Le laboratoire de modélisation analogique du GEC est équipé de deux boites à sable - une grande (1.0mx1.20mx0.1m) et une petite (0.3mx0.4mx0.09m)- conçues pour étudier la mécanique du plissement et du chevauchement.

• Petite boite de déformation: Boite composée de plaques de verre, modulable : deux configurations possibles (Fixe et Mobile), équipée d’un moteur pas à pas. Compression uniaxiale (jusqu’à 40-60% de raccourcissement) de couches de matériaux granulaires pour l’étude des mécanismes de rupture des structures géologiques. Dimensions (0.3m x 0.4m x 0.04m). Système d’acquisition de mesure de forces de poussée.
• Système d’acquisition de mesure de forces de poussée.

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• Grande boite de déformation : Boite composée de plaques de verre, équipée d’un moteur pas à pas. Compression uniaxiale (jusqu’à 40-60% de raccourcissement) de couches de matériaux granulaires pour l’étude des mécanismes de rupture des structures géologiques. Dimensions (1.1m x 1m x 0.07m). Fond en verre pour l’acquisition d’images pour traitement PIV au cours du raccourcissement.

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• Petite semeuse : Distributeur de sable composé d’un réservoir en bois, d’une structure métallique et de deux tamis. Permet le remplissage de la petite boite par sédimentation. Création de couches planes et homogènes, d’épaisseur variable. Dimensions (0.4m x 0.4m x 1.93m).

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• Grande semeuse : Distributeur de sable composé d’un réservoir en plexiglas, d’une structure Norkan et de deux tamis. Permet le remplissage de la grande boite par sédimentation. Création de couches planes et homogènes, d’épaisseur variable. Dimensions (1.3m x 1.3m x 1.93m, zone de sédimentation utile : 1 m x 1 m).

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• Dispositifs de mesure des coefficients de friction et de la cohésion : Support en PVC, anneau de verre, capteur de déplacement, enregistreur de déplacements.

• Métrologie analogique et numérique :

  2 Appareils photos numériques + objectifs (2 Nikon D60) + équipements photos (éclairages, pieds, alimentation, ...).

  8 capteurs de force + Digital Data System Vishay.

  Acquisition et traitement des données :

  2 ordinateurs fixes (PC).

  1 disque externe de sauvegarde (500Gb).

  logiciels : Photoshop, QuickTime, PIVTEC, SLAMTec, OPTUM:GEO (Krabbenhoft et al., 2012).

  Atelier de mécanique :

  Etablis équipés de nombreux outils divers.

  Sécurité :

• Extincteur
• Lunettes de protection, gants, blouses, chaussures de sécurité, trousse de secours.

•  Les demandes de travaux sont centralisées et planifiées par Bertrand maillot et Pauline Souloumiac. Les travaux sont réalisés par le chercheur ou l’étudiant concerné en concertation avec l’un des deux responsables.

  VIDEOS :

  PUBLICATIONS :

  Depuis 2006

   Maillot, B., 2013. A sedimentation device to produce uniform sand packs", Maillot, B., Tectonophysics, http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2013.02.028.

   Mary, B. C. L, B. Maillot. and Y. M. Leroy, 2013. Deterministic chaos in frictional wedges revealed by convergence analysis, Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., doi: 10.1002/nag.2177 .

   Souloumiac, P., B. Maillot and Y.M. Leroy, 2012. Bias due to side wall friction in sand box experiments, JSG, doi:10.1016/j.jsg.2011.11.002.

   Cubas, N., B. Maillot and C. Barnes, 2010. Statistical analysis of an experimental compressional sand wedge, JSG, doi:10.1016/j.jsg.2010.05.010.

   Souloumiac P., Y.M. Leroy, B. Maillot, K. Krabbenhoft, 2008. Predicting stress distributions in fold-and-thrust belts and accretionary wedges by optimization, J. Geophys. Res., 114, B09404, doi:10.1029/2008JB005986.

   Cubas N., Y.M. Leroy, B. Maillot, 2008. Prediction of thrusting sequences in accretionary wedges, J. Geophys. Res., 113, B12412, doi:10.1029/2008JB005717, 2008.

   H.A. Koyi, Maillot B., 2007. Tectonic thickening of hanging wall units over a ramp, Journal of Structural Geology, 29, 924-932.

   Maillot B., C. Barnes, J.-M. Mengus, J.-M. Daniel, 2007. Constraints on friction coefficients by an inverse analysis of sand box thrust dips, journal of Structural Geology, 29, 117-128, 2007

   Maillot B. and H. Koyi, 2006. Thrust dip and thrust refraction in fault-bend folds : analogue experiments and theoretical predictions, Journal of Structural Geology, 28, pp. 36-49.