La formation de bandes de d´eformation cisaillante

Le mat´eriau le plus souvent utilis´e est le sable. Nous n’avons pas pour objectif de d´ecrire la mulititude des exp´eriences r´ealis´ees avec le sable mais de d´ecrire bri`evement certains r´e- sultats. Typiquement, une ou plusieurs couches uniformes de sable sont d´epos´ees dans un

r´ecipient (sand box), ´equip´e ou non de bords mobiles, et repose sur un substratum de forme variable. Des bandes de cisaillement sont g´en´er´ees en compression, extension ou d´ecroche- ment en appliquant des d´eplacements horizontaux au niveau des parois verticales de la boˆıte ou des d´eformation du substratum.

La similarit´e physique entre le mod`ele g´eologique et l’objet naturel mod´elis´e est satisfaite au niveau de la gravit´e `a travers la relation C∗ _{= ρ}∗ _{× g}∗ _{× l}∗ <sub>o`u C</sub>∗<sub>, ρ</sub>∗<sub>, l</sub>∗ <sub>sont les ratios</sub> mod`ele-nature de la coh´esion, de la gravit´e, de la densit´e et de la longueur caract´eristique, respectivement, g est l’acc´el´eration de la gravit´e (Davy and Cobbold, 1988). Ainsi les seules variables sont la densit´e, la coh´esion et la longueur caract´eristique. Il n’intervient dans ces ´equations aucun des modules ´elastiques. Ceux-ci ne sont en effet pas mis `a l’´echelle. Or ils contrˆolent les relations contrainte-d´eplacement au sein des mod´eles.

D’autres mat´eriaux plus coh´esifs sont couramment utilis´es : l’argile (Ackermann et al., 2001) ou le plˆatre (Mansfield and Cartwright, 2001), qui ont une coh´esion plus importante que celle du sable sec. Ackermann et al. montre ainsi qu’en contexte extensif l’espacement de failles normales synth´etiques d´epend de l’´epaisseur de la couche de mat´eriau.

Il est possible d’obtenir des r´eseaux de bandes de d´eformation parall`eles avec le sable dans des conditions de raccourcissement (failles inverses) ou d’extension (failles normales) aux limites verticales du mod`ele. Des plans de glissement en ´echelons sont obtenus lors de sollicitation d´ecrochantes. L’espacement des bandes semble d´ependre, en plus de l’´epaisseur de la couche, de la quantit´e de d´eplacement autoris´e parall`element au vecteur glissement sur le plan de faille, de la longueur en surface de ces failles et du type de sable utilis´e. Selon Mandl (2000) l’apparition de failles antith´etiques est li´ee `a la pr´esence d’une contrainte cisaillante `a la base de la couche. Cette contrainte cisaillante peut-ˆetre locale (extension locale d’un couche de caoutchouc, par exemple) ou r´epartie sur l’ensemble de la base de la couche (fluage unidirectionnel du substratum). Pour pouvoir g´en´erer des fractures en mode I le sable doit ˆetre mouill´e pour acquerir de la coh´esion. Cependant les r´esistances en traction obtenue ne sont pas `a l’´echelle.

Comme on le voit aucune technique exp´erimentale (physique) n’est capable de reproduire toute la gamme des fractures (diaclases et fracture cisaillante).

On peut noter une exception, il s’agit de la mod´elisation `a l’´echelle physique effectu´ee par le Pr. J. Urai et collaborateurs `a l’universit´e d’AAchen. Les auteurs utilisent un mat´eriau granulaire `a tr`es faible coh´esion et qui a pour but de mod´eliser la fracturation d’une unique couche d’´epaisseur homog`ene de mat´eriau naturel cassant pouvant atteindre plusieurs kilo- m`etres dans la nature, c’est `a dire `a l’´echelle de la croˆute sup´erieure. Les exp´eriences men´ees en traction aboutissent `a la formation d’une rupture unique dont l’orientation change avec la profondeur. Elle est verticale en surface (quelques millim`etres) et s’incline pour former une faille listrique en profondeur. Cette mod´elisation permet donc de reproduire `a la fois des diaclases et des failles, cependant l’´echelle de l’objet naturel mod´elis´e est beaucoup plus grande que la strate s´edimentaire. L’auteur n’a pas d´emontr´e la possibilit´e de cr´eer des r´eseaux de fractures.

II.4

Conclusion

Nous avons vu dans ce chapitre que la presse de type polyaxiale ´etait le seul dispositif capable de reproduire toute la gamme des conditions de chargement typiques dans la nature.

Il a ´et´e montr´e que la contrainte principale interm´ediaire σ2 avait une influence sur la rupture, y compris sur l’angle de rupture et la r´esistance d’une roche. Dans le cas o`u ce dispositif inclue la sollicitation d’un ´echantillon par l’interm´ediaire de pistons rigides, cette inluence n’est vraie que si la friction aux bords de l’´echantillon est faible ou nulle. Le souci de la limitation de la friction est une des raisons, en plus du coˆut financier, qui explique que les tailles des ´echantillons rocheux admissibles par les presses polyaxiale sont tr`es petites et ne permettent g´en´eralement pas la formation de plus d’une fracture.

Or notre objectif est d’´etudier les modalit´es de formation des r´eseaux de fractures de diff´erents types. Cette ´etude ne peut se faire sur des roches r´eelles, mais sur d’autres mat´e- riaux analogues `a une roche. L’utilisation de tels mat´eriau n’´elimine pas le probl`eme de la r´eduction de la friction aux limites du mod`ele. Le nouveau mat´eriau cr´e´e pour cette ´etude ainsi que le dispositif de chargement polyaxial dot´e des techniques pour la r´eduction et l’´elimination totale de la friction sont pr´esent´es dans le chapitre suivant.

La mod´elisation analogique de la

fracturation

Notre approche de la mod´elisation

physique

La mod´elisation de la fracturation et des processus rupturiels au sein des roches s´e- dimentaires peut ˆetre abord´ee par la technique num´erique ou exp´erimentale (analogique) ou encore par une approche combin´ee. Le pr´esent travail est bas´e sur la mod´elisation ex- p´erimentale qui consiste `a reproduire en laboratoire, `a une ´echelle r´eduite, le ph´enom`ene naturel.

Dans ce chapitre nous pr´esentons les crit`eres de mise `a l’´echelle physique des mod`eles, les mat´eriaux et les techniques d´evelopp´ees pour la mod´elisation analogique de la fracturation des roches.

Sommaire

I.1 Les crit`eres de similarit´e physique . . . 70