Analogies avec l’´ echelle du terrain

i) Comparaison des param`etres b

− −5 −4 −3 −2 −1 100 101 102 103 Magnitude lo g1 0( N) b−values expérimentales Essai 4 Essai 5 Essai 6 Essai 4 : 1,27 Essai 5 : 1,28 Essai 6 : 1,33 Figure 2.46 : Valeurs de b exp´erimentales

La figure ci-contre pr´esente les r´esultats de b-values d´eduites des donn´ees de magnitude des EA enregistr´es au cours des 3 essais de rupture. On constate que les trois valeurs obtenues sont coh´erentes entre elles et proches de 1,3. Cette valeur est plus petite que celle d´eduite de la microsismicit´e enregistr´ee sur la p´eninsule de Reykjanes qui ´etait de 1,45 cf. (figure 1.27). On constate par ailleurs que les valeurs obtenues lors des essais 4 et 5 sont identiques alors que les m´ecanismes de d´eformation observ´es sont tr`es diff´erents. Ceci est en accord avec ce que Townend et al. [2008] ont montr´e dans les gr`es lors de la formation des bandes de compaction. On observe de fa¸con similaire aux donn´ees naturelles un d´eficit d’´ev`enements de tr`es faible magnitudes. Il est probable que pour ces magnitudes les limites de d´etection du syst`eme soient atteintes. Un nombre insuffisant de capteurs d´etecte les ´ev`enements, ceux-ci ne sont alors pas enregistr´es.

Une valeur plus faible du param`etre b exp´erimental par rapport au b du terrain peut s’expliquer par un transfert d’´echelle non lin´eaire. En effet, le param`etre du terrain int`egre des variables qui sont absentes au laboratoire et qui influencent le param`etre b `a l’´echelle r´egionale. C’est le cas de la temp´erature et des interactions chimiques entre le fluide et l’encaissant basaltique notamment (facteurs connus pour augmenter la valeur de b en contexte volcanique). Au laboratoire, le param`etre b correspond `a la donn´ee intrins`eque `a la matrice basaltique satur´ee en fluide, elle se rapproche donc de 1. Par ailleurs, les donn´ees de magnitude des EA ne sont pas des donn´ees extrˆemement fiables du fait de la faible puissance ´energ´etique des ´ev`enements enregistr´es (erreur plus importante que dans le cas de la microsismicit´e naturelle). Il existe donc un biais exp´erimental sur la valeur de b d´eduite des essais de laboratoire.

ii) Observations de terrain de structures de d´eformation localis´ee

La d´eformation subhorizontale d´ecrivant des cr´enulations de l’´echantillon 5 ressemble aux figures de pression-dissolution observables dans les calcaires (stylolithes) sans qu’aucune analogie ne soit envisa-geable du fait de la nature chimique du basalte. Cependant, il est int´eressant de constater que dans deux roches de lithologie compl`etement diff´erentes, une augmentation de contrainte axiale sous fort confine-ment et avec une pression de fluide non n´egligeable induise une localisation de la d´eformation pr´esentant le mˆeme aspect macroscopique.

Figure 2.47 : Tuffisite dans un encaissant volcanique. Photo extraite de [Glover et al., 1993].

Sur certains ´edifices volcaniques, des objets g´eologiques particuliers, appel´es tuffisites, ont ´et´e d´ecrits et interpr´et´es comme des preuves de fracturation associ´ee `a de la circulation de fluides [Stasiuk et al., 1996, Sparks, 1997]. Il s’agit de veines remplies de grains tr`es fins mises en place au travers d’un encaissant volcanique ou s´edimentaire (figure 2.47). Des tuffisites particuli`erement bien pr´eserv´es ont ´et´e mises en ´

evidence dans un conduit rhyolitique du Torfaj¨okull en Islande [Tuffen et al., 2003]. Il semble cependant que ces figures de d´eformation soient conditionn´ees par la viscosit´e et la temp´erature du magma. Il ne s’agirait donc pas de structures analogues aux bandes de d´eformation localis´ee mises en ´evidence dans le basalte de Reykjanes. Cependant cet exemple naturel permet de montrer la complexit´e tr`es importante existant dans les modes de d´eformation en ´edifice volcanique du fait des multiples facteurs rentrant en jeu (pression de fluide, ´etat de contrainte, rh´eologie de la roche, etc...).

Dans l’´etat actuel des connaissances et sous r´eserve de publications r´ecentes, aucune preuve de d´eformation localis´ee sous forme de bandes n’a ´et´e d´ecrite pour des terrains basaltiques. Il se pour-rait que ce mode de d´eformation soit d´ependant de l’existence d’une porosit´e vacuolaire importante. Or, en profondeur, l`a o`u les conditions de pression sont favorables `a ce mode de d´eformation, ce type de porosit´e pourrait ne plus exister. En effet, les coul´ees basaltiques se mettent en place dans des contextes g´eologiques particuliers, toujours associ´es `a des anomalies thermiques chaudes. Les circulations hydrother-males en profondeur y sont donc intenses, conduisant `a combler la porosit´e par des phases de pr´ecipitation secondaires. Ces ph´enom`enes annexes interdiraient alors la d´eformation du basalte sous forme de bandes de compaction - cisaillement.

CHAPITRE

3

D´ependance des propri´et´es ´elastiques du basalte avec la fr´equence de

sollicitation : Approches th´eorique et exp´erimentale

R´esum´e

Les transferts d’´echelle fr´equentielle sont courants en Sciences de la Terre, en particulier dans le cas des ondes ´elastiques parcourant les roches. Les ´etudes de terrain s’int´eressent aux ´ev`enements naturels (s´eismes, tr´emors, etc. . .) g´en´erant des ondes `a basse fr´equence (BF), typiquement aux alentours du hertz. La BF correspond ´egalement au domaine des mesures en puits de forage (centaine de Hz). A l’inverse, les techniques de laboratoire permettent d’´etudier les roches `a des hautes fr´equences (HF), g´en´eralement autour du m´egahertz (fr´equence propre de vibration des cristaux pi´ezo´electriques). Or d`es lors qu’une roche est satur´ee en fluide, ses propri´et´es m´ecaniques sont fortement d´ependantes de la fr´equence de d´eformation induite par le passage de l’onde.

Au cours de notre ´etude th´eorique, un mod`ele de milieu effectif avec une porosit´e mixte (pores + cracks) a ´et´e d´evelopp´e pour calculer les modules HF. Les modules BF sont d´eriv´es des modules HF secs par les ´equations de Biot-Gassmann. Les effets de fr´equence sont interpr´et´es selon la microstructure du mod`ele consid´er´e. Le d´eveloppement th´eorique choisi est confront´e `a d’autres mod`eles existant dans la litt´erature et approchant ´egalement les probl`emes de fr´equence d’un point de vue th´eorique. Enfin, une extrapolation aux vitesses des ondes sismiques est envisag´ee avec l’objectif d’apporter une quantification th´eorique de la dispersion en fr´equence entre les donn´ees de terrain et les donn´ees de laboratoire.

L’originalit´e de ce travail est l’acquisition de donn´ees exp´erimentales sur le basalte de Reykjanes grˆace `

a un nouveau protocole exp´erimental en presse triaxiale permettant de travailler `a la fois `a haute et basse fr´equence. L’´etude en fr´equence porte sur le module ´elastique d’incompressibilit´e obtenu `a HF via les ondes ultrasonores et `a BF par oscillation de la pression de confinement. Les r´esultats exp´erimentaux montrent que, en pr´esence d’eau dans la roche, les modules BF sont plus faibles que les modules HF tant que les fissures restent ouvertes. Cet effet de fr´equence s’interpr`ete comme une circulation locale de fluide entre cracks et pores (squirt-flow). Les donn´ees exp´erimentales sont concordantes avec les pr´edictions th´eoriques, ce qui permet de valider les hypoth`eses du mod`ele ainsi que le nouveau dispositif exp´erimental.

3.1. G´EN´ERALIT´ES TH´EORIQUES

3.1 G´en´eralit´es th´eoriques