DE MISE EN PLACE ET DE SOUDURE
Chapitre 1. Propriétés physiques des dépôts
1.2. Résultats : réalisation et description des profils de compaction
= (2)
On calcule meau par la méthode décrite par les points 2, 3 et 4 de la Figure 40 et les calculs suivants. On remplit un récipient d'eau jusqu'à un niveau repère n0 (Figure 40-2). On place le récipient rempli sur la balance électronique et l'on effectue la tare. On plonge ensuite l'échantillon préalablement imperméabilisé dans le récipient avec précaution pour éviter toute perte d'eau. Le niveau d'eau augmente jusqu'au niveau noté n1 (Figure 40-3). On note meau1 la masse indiquée par la balance. On ramène le niveau d'eau au niveau n0 en prélevant le surplus à l'aide d'une grosse seringue et on note la nouvelle masse meau2 (Figure 40-4).
La masse d'eau déplacée par l'introduction de l'échantillon est donc égale à : 2
1 eau
eau
eau m m
m = −
On peut donc écrire l'équation (2) :
eau eau eau eau eau eau ech m m m V V ρ ρ 1 2 − = = = (2) et l'équation (1) s'exprime alors sous la forme :
2 1 eau eau e ech tot
m
m
m
−
⋅
= ρ
ρ
(1)1.2. Résultats : réalisation et description des profils de compaction
Nous avons étudié la variation de la densité le long de neuf sections verticales échantillonnées dans différentes ignimbrites de la région d'Arequipa (Figure 42, Figure 43). Chaque section n'a été échantillonnée que dans une seule ignimbrite. Les échantillons ont été prélevés régulièrement le long de ces sections verticales, avec un pas d'échantillonnage variant de 1 à 2 m selon l’accès et une précision de ± 0.5 m. La hauteur des sections échantillonnées varie de 9 à 48 m. Cet échantillonnage a été réalisé à l'aide d'un mètre et d'un niveau à bulle avec un pointeur laser, afin de vérifier le respect du pas d'échantillonnage. Dans la plupart des cas, nous n'avons pas pu échantillonner les unités ignimbritiques dans leur intégralité. En effet, la base n'affleurait pas et/ou le sommet était trop meuble (d'où l'impossibilité d'extraire un bloc) ou non accessible (section verticale). Les densités ont donc été calculées pour un total de 160 échantillons.
Partie 4 : Propriétés physiques et rhéologiques : mise en place et soudure – Chapitre 1
La précision de la balance utilisée est de 0.01 g. Les mesures de masse ont été répétées cinq
fois sur certa tillons afin déterm er l' e calculé à
partir de la réplication des mesures à perm e dé e u rre aximale de 4 % sur le calcul de ρtot film plastique (m et me) utilisé pour imperméabiliser les échantillons étant identique pour ceux-ci, et nou tére nt part rement à la variation de la valeur de la dens sa valeur absolue, nous pouvons donc négliger l'effet de ce film plastique pour notre étude des va ons cale la ité.
Les diagrammes présentant la variation verticale de la densité au sein des différentes ignimbrites sont appelés profils d acti Figu 1, F re gure t Figure 45).
ins échan de in erreur analytique. L'écart-typ
is d duir ne e ur m
. L'effet du asse volu
s in ssa plus iculiè
ité, qu'à
riati verti s de dens
e comp on ( re 4 igu 43, Fi 44 e
Figure 41 : ex ples de profils de co on lifiés près id Wang 5). a) unité de refroidissemen simple. Hf est l'épaisse dépô pac a lig ert perm déterminer la largeur du profil à 1/2ρmax ; b) uni refro eme mpo co ant REPs ("Rapid
emplaced packet" = "paquet" ou gr d'un mis en place rapid ). Le il en pointillé correspond au cas extrême d'une nap pos c une zone totalement non so es deux REPs.
L'étude qualitative des profils de compaction, présentant des form s ou ns régulières,
permet dans un premier temps d'obtenir des in ations qualitatives ntes sur
l'histoire de la mise en place et du refroidisseme es ts ure Un profil de compaction "lisse" ou sans irrégularité (Figure 4 pré tan aug tation suivie
nités d'écoulement successives, de manière si rapide qu'aucune pause dans l'histoire du efroidissement du dépôt n'est visible. Cet ensemble d'unités d'écoulement forme une unité de efroidissement simple (Smith, 1960 ; Sheridan et Wang, 2005).
em mpacti simp (d’a She an et , 200
t ur du t com té. L ne v icale w et de
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pe com ite ave udée entre l
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nt d dépô (Fig 41).
1a), sen t une men
d’une diminution de la densité depuis la base jusqu'au sommet du dépôt, avec un maximum situé dans la moitié inférieure, est la conséquence de la mise en place d'une ou de plusieurs u
r r
Partie 4 : Propriétés physiques et rhéologiques : mise en place et soudure – Chapitre 1
Figure 42 : localisation des sections verticales échantillonnées pour les mesures des propriétés physiques.
Certains dépôts comprenant une unique unité de refroidissement présentent néanmoins des
(reflétées par une perturbation des profils de compaction) au sein d'une unité de profils de compaction irréguliers, où la densité fluctue à tel point que plusieurs maxima sont mesurés entre la base et le sommet de l'unité (Figure 41b). Ces irrégularités sont liées à des pauses dans l'histoire du refroidissement du dépôt. La profondeur de ces indentations sur les profils de compaction est directement reliée à la durée de la lacune de dépôt et aux températures respectives des unités d'écoulement voisines. Ces unités de refroidissement sont qualifiées de composées. Sheridan et Wang (2005) proposent l'utilisation du terme "rapidely
emplaced packets" (REP), pour décrire ces ensembles d'unités d'écoulement rapidement mises
Partie 4 : Propriétés physiques et rhéologiques : mise en place et soudure – Chapitre 1
refroidissement composée. Enfin dans le cas extrême où le profil de compaction montre une zone totalement meuble (densités : 1.0-1.2, Figure 41b) entre une unité supérieure et une unité inférieure soudées, cela signifie qu'un refroidissement important a pu avoir lieu entre la mise en place de ces deux unités. Cette zone non soudée, parfois accompagnée d’une surface d'érosion ou à d'un paléosol, est un argument pour une lacune de sédimentation relativement
longu ut
décrire c
ôts ou presque. C'est en particulier le cas des profils e. On ilise le terme "nappe composite" (Smith, 1960 ; Cas et Whright, 1987) pour
e type de dépôt.
La densité totale (ρtot) mesurée pour les différentes ignimbrites d'Arequipa (sauf dépôts non soudés) varie depuis une valeur minimale de 1.2 jusqu'à un maximum de 2.02 (Figure 43). Les parties non soudées des unités, n'ayant pu être échantillonnées, ne sont pas représentées dans cette gamme de densités. Selon la richesse en ponces et lithiques des dépôts, nous considérons une valeur de ρtot comprise entre 1 et 1.2 pour les parties non soudées. Les valeurs de ρtot évoluent différemment le long des profils de compaction réalisés dans les ignimbrites d'Arequipa (Figure 43). Certains profils montrent des valeurs de ρtot relativement constantes sur toute l'épaisseur des dép
réalisés dans l'IAA (Figure 42 et Figure 43, sections SPIG-04-01, 04-02, 04-03) et l'IRC (Figure 42 et Figure 43, section SPIG-04-05). Les variations de ρtot le long des autres profils permettent de mettre en évidence un ou plusieurs REP (groupe d'unités d'écoulement rapidement mis en place) au sein des dépôts, qui révèlent une variation verticale de la soudure.
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Figure 43 : profils verticaux de variation de la densité réalisés dans les ignimbrites de
d'Arequipa (IAA), de la Joya (ILJ) et du Río Chili (IRC). Les barres d'erreurs représentenl'Aéroport t l'erreur t ue maximale de 4% calculée à partir de l'écart-type. L'échelle verticale varie avec l'épaisseur de
n, pour une bonne lisibilité des profils. Les coupes échantillonnées sont localisées sur la Figure 42. analy iq
la sectio
Les profils de compaction les plus représentatifs des IAA et ILJ, présentés sur la Figure 44 et la Figure 45, ont fait l'objet d'un description plus détaillée.
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Figure 44 : Profils de densité dans l’unité blanche de l'ignimbrite de l'Aéroport d'Arequipa. Les lignes pointillées corrèlent les lacunes de sédimentation entre les différentes sections. Les erreurs sont identiques à celle de la Figure 43. Les coupes sont localisées sur la Figure 42.
L'étude qualitative de trois profils de compaction, réalisés dans l'unité blanche de l'IAA (Figure 44), permet de mettre en évidence deux à trois REPs successifs dans l'histoire du refroidissement de cette ignimbrite. Les REPs sommitaux de ces profils de compaction sont moins soudés que les inférieurs. La section SPIG0404 localisée à l'ouest de la dépression d'Arequipa dans la Quebrada Cuico est la plus complète, avec trois REPs, séparés par deux périodes de lacune de sédimentation à 22.5 et 42.5 m au-dessus de la base de la coupe, respectivement. Comme le REP1 basal et le REP3 sommital ne sont pas complets (la base et le sommet du dépôt n'étant pas échantillonnables), leurs épaisseurs compactées (Hcomp) ne représentent donc qu'une estimation. Le profil SPIG0401 n'est composé que de deux REPs. Le ensité. La valeur constante de la densité à environ 1.2 - 1.3 semble correspondre à la
section SPIG0402, on retrouve les REP2, qui constitue la majorité de l'épaisseur du dépôt, ne révèle pas de variation de la d
compaction minimum pour l’unité blanche de l'IAA. L'augmentation de la densité vers la base de la section représente le sommet d'une zone plus soudée du dépôt (REP2), mieux représentée dans les deux autres sections. Le long de la
trois REPs décrits pour la section SPIG0404, présentant néanmoins des densités maximales moins élevées.
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Fi 4 ité dans l'ignimbrite de La Les ligne tillées in nt les la e dépôt entre les REPs. L'erreur verticale e 50 cm et eur horiz est prés sur la F 3.
Le ti sur la Figure
Les profils de com ILJ (Figure 45) montrent des valeurs de densité plus
im ta de l'IAA, corroborant le oudure observé pour cette
ig r tent la même diminution du degré de soudure entre les REPs de la
ba t x. Les sections S 409 et SPIG0407 réalisées, respectivement au nord
t majeur. Les profils de compaction réalisés le long des ections SPIG0408 et SPIG0406, localisées dans le canyon du Río Chili (Figure 42), sont plus
ion SPIG0406 est la plus intéressante. Les trois REPs la
gure 5 : Profils de dens Joya. s poin dique cunes d
est d l'err ontale entée igure 4
s sec ons sont localisées 42.
paction réalisés dans l'
por ntes que celles plus fort degré de s
nimb ite, mais présen
se e sommitau PIG0
(Sumbay) et au sud (Chilina) de l'ILJ (Figure 42), ne représentent qu'une petite partie du dépôt et n'ont donc pas un intérê
s
complets, comprenant respectivement deux et trois REPs. Le sommet et la base de la section SPIG0408 sont bien définis. La lacune de sédimentation se situe à 25 ± 3 m d'épaisseur depuis la base de l'affleurement. La sect
composant sont séparées par deux zones de perturbation de la compaction à 20 et 32 m de la base, respectivement.
2. Porosité
La porosité totale (φtot) d'un échantillon est calculée à partir de sa densité totale (ρtot) et de sa densité spécifique (ρsq), en utilisant l'équation :
sq tot sq tot ρ ρ ρ φ = −
La densité squelettique (ρsq) de 30 échantillons répartis le long de trois sections (SPIG-04-01, SPIG-04-05 et SPIG-04-09, Figure 43) a été mesurée à l'aide du pycnomètre à helium de
Partie 4 : Propriétés physiques et rhéologiques : mise en place et soudure – Chapitre 1
l'University of British Columbia, à Vancouver au Canada, afin de réaliser des profils de variation verticale de la porosité le long des sections échantillonnées pour la densité. La méthode employée est décrite ci-dessous.