Conditions initiales et aux limites

- Pendage du plan de faille

Le pendage du plan de faille a été fixé à 60° pour l’intégralité des expériences. Il se trouve dans la gamme des pendages des failles normales sismogènes observées dans la nature (30-70° ; e.g., Jackson, 1987 ; Jackson et White, 1989 ; Collettini et Sibson, 2001). De plus, il correspond à la valeur de pendage théorique trouvée par Byerlee (1978) à partir d’expériences sur le comportement frictionnel des roches sur des plans de faille préexistants et en utilisant le critère de Mohr-Coulomb. Enfin, il se trouve dans la gamme des pendages de failles normales le long desquelles des facettes triangulaires sont observées (30-75° ; e.g., Wallace, 1978 ;

Armijo et al., 1986 ; Armijo et al., 1996 ; DePolo et Anderson, 2000 ; Meyer et al., 2002 ; Petit et al., 2009a,b).

- Subsidence du hanging-wall

Comme décrit dans la partie II.1.1.1, deux approches différentes ont été appliquées pour la cinématique du hanging-wall. La première consiste en une subsidence uniforme du hanging-wall à l’aide d’une plaque épaisse rigide motorisée. La deuxième simule la

déformation flexurale du hanging-wall grâce à une plaque flexible dont seulement la partie proximale à la faille est motorisée (la partie distale est fixe). Le dimensionnement de la déformation flexurale a été établi à partir d’exemples naturels bien contraints dans la littérature (e.g., Armijo et al., 1996 ; Biggs et al., 2010). Ces exemples montrent que pour des failles d’âge supérieur à 1 Ma, la déformation flexurale dans le hanging-wall se fait avec une longueur de 30 à 40 km et la mise en place de 3,5 à 5 km d’épaisseur de sédiments au niveau de la faille. A ce stade de notre démarche scientifique, nous pensions que le dimensionnement spatial était le suivant : 1 cm dans nos modèles équivaut à 1000 m dans la nature. Nous avons donc imposé une flexure d’une longueur de ~35 cm pour 4-5 cm de déplacement vertical total (seul le hanging-wall est déplacé). Avec le dimensionnement spatial établi à partir de l’analyse dimensionnelle détaillée dans l’article de la partie II.3 (1 cm dans les modèles équivaut à 500 m dans la nature), la flexure d’une longueur de 40 cm pour 8 cm de déplacement vertical total dans les modèles devient l’équivalent d’une flexure de 20 km de long dans la nature pour un déplacement vertical total du hanging-wall de 4 km. La longueur de la flexure est donc sensiblement trop courte par rapport aux exemples utilisés pour la contraindre. Cependant, nous avons choisi de conserver cette géométrie au regard des courtes longueur d’onde des flexures observées dans les Apennins (blocs basculés) et pour éviter de trop éloigner le niveau de base de la faille, problème que l’on souhaitait éliminer en modifiant la cinématique du hanging-wall. Par ailleurs, aucun apport sédimentaire latéral ne vient enrichir le bassin sédimentaire dans nos expériences, à l’inverse de la nature où les apports latéraux permettent de compenser la dépression créée par la flexure à grande longueur d’onde. La flexure du hanging-wall dans nos expériences peut être considérée comme relativement bien dimensionnée.

- Topographie initiale

Le comportement de rhéofluidification du matériau analogue saturé en eau permet de le manipuler relativement facilement pour créer une géométrie initiale du modèle qui soit reproductible. La plupart des expériences réalisées ont une surface initiale plane avec une pente de 1° du foot-wall vers le hanging-wall, ce qui permet de favoriser l’écoulement de l’eau en surface au début des expériences. Deux tests ont aussi été réalisés avec une topographie aléatoire dès le stade initial pour tenter de reproduire un réseau de drainage

préexistant. Pour les expériences avec subsidence uniforme du hanging-wall rigide, l’eau est évacuée par un exutoire situé au bout du hanging-wall. Pour les expériences avec simulation de la flexure du hanging-wall, l’eau est tout d’abord évacuée par un exutoire situé au bout du hanging-wall, puis elle est évacuée par des exutoires latéraux à un stade plus avancé, quand la subsidence du bassin flexural est suffisamment importante. Ceci permet de reproduire un drainage du bassin sédimentaire parallèle à la faille comme souvent observé dans la nature. La pente de 1° permet de contrôler l’orientation générale du réseau hydrographique, et d’accélérer le séchage de la surface du matériau juste avant les phases d’acquisition des photographies permettant d’acquérir les MNT.

- « Pluviométrie »

Dans nos modèles expérimentaux, la « pluviométrie » a été mesurée grâce à un système de béchers répartis sur la surface arrosée par le champ simulant les précipitations. Chaque bécher a été pesé pour connaître précisément la quantité d’eau qu’il a reçu en un temps donné. Le taux de précipitations ainsi mesuré est compris entre 26±5 mm/h et 120±5 mm/h. Il dépend du débit mesuré en sortie des buses, qui est compris entre 18 L/h et 83 L/h, et de la surface arrosée (6500±500 cm²). Les deux premières expériences ont été réalisées avec un taux de précipitations élevé mais nous avons rapidement choisi de le diminuer parallèlement à la vitesse de glissement de la faille afin d’augmenter la durée des expériences. Ceci pourrait favoriser la mise en place du réseau de drainage sur l’intégralité du foot-wall car pour un rejet donné la quantité d’eau qui tombe sur le modèle serait plus importante. Le réglage du taux de précipitations est délicat car il doit être réalisé en fonction de la vitesse de glissement de la faille. En effet, pour une vitesse de glissement rapide, un taux de précipitations trop faible ne permet pas une érosion suffisante pour contrebalancer l’effet de la surrection. Réciproquement, un taux de précipitations trop élevé par rapport à la vitesse de glissement de la faille peut avoir un effet trop destructeur sur la topographie. Par ailleurs, le positionnement des buses est important et doit être reproduit à l’identique si l’on cherche à obtenir des conditions de brumisation similaires.

- Vitesse de glissement de la faille normale

Comme pour le taux de précipitations, la vitesse de glissement de la faille normale était élevée pour les deux premiers modèles expérimentaux réalisés : 46.8 mm/h et 72 mm/h. Ces vitesses rapides empêchent la mise en place du réseau de drainage sur l’intégralité du foot-wall. En effet, le glissement maximal possible sur la faille étant de 10 cm, la durée des deux premières expériences est courte et l’érodabilité du matériau est trop faible ce qui ne favorise pas une dissection rapide du foot-wall. Par la suite, la vitesse de glissement de la faille normale a été diminuée et calibrée en relation avec la pluviométrie. Elle est comprise entre 10,8 mm/h et 32,4 mm/h. La vitesse de glissement de la faille est le principal paramètre qui a été testé avec l’appareillage constitué de la plaque flexible pour simuler la flexure du hanging-wall (article dans la partie II.3).