Modelisation des ecoulements gravitaires catastrophiques par une approche objet dynamique : Erosion - Transport - Depot

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catastrophiques par une approche objet dynamique :

Erosion - Transport - Depot

Alexandre Hugot

To cite this version:

Alexandre Hugot. Modelisation des ecoulements gravitaires catastrophiques par une approche objet

dynamique : Erosion - Transport - Depot. Modélisation et simulation. Université Pierre et Marie

Curie - Paris VI, 2000. Français. �tel-00002677�

DivisionGeologie{Geochimie Laboratoire de Modelisation en Mecanique

TH  ESE

Presentee a

l'Institut Francais du Petrole pourl'obtention du

Doctorat de l'universite Pierre et Marie Curie

par

Alexandre Hugot

Modelisation des ecoulements

gravitaires catastrophiques

par

une approche objet dynamique : 

Erosion { Transport { Dep^ot

Soutenue publiquement le 2 Fevrier 2000 devant le jury compose de :

President : G. deMarsily Professeura l'Universite Pierreet Marie Curie (Paris6) Rapporteurs : P.Allemand Professeura l'Universite ClaudeBernard (Lyon 1)

M. Naaim Charge de recherche au cemagref Examinateurs : P.Joseph Ingenieurifp

B.Savoye Ingenieurifremer

DivisionGeologie{Geochimie Laboratoire de Modelisation en Mecanique

TH  ESE

Presentee a

l'Institut Francais du Petrole pourl'obtention du

Doctorat de l'universite Pierre et Marie Curie

par

Alexandre Hugot

Modelisation des ecoulements

gravitaires catastrophiques

par

une approche objet dynamique : 

Erosion { Transport { Dep^ot

Soutenue publiquement le 2 Fevrier 2000 devant le jury compose de :

President : G. deMarsily Professeura l'Universite Pierreet Marie Curie (Paris6) Rapporteurs : P.Allemand Professeura l'Universite ClaudeBernard (Lyon 1)

M. Naaim Charge de recherche au cemagref Examinateurs : P.Joseph Ingenieurifp

B.Savoye Ingenieurifremer

Au termede ce travail,je tiens àremercierceuxquim'ontsoutenuau cours deces troisannées de thèse.

En premier lieu, j'aimerais remercier Philippe Joseph pour m'avoir fait part de ses nombreuses connaissances et d'avoir été mon Maître en matière de géologie. Ce mémoire n'a pris forme que grâceauxremarquesetsuggestionspertinentesqu'ilm'aprodiguées.Qu'iltrouveicil'expressiondema profondegratitudepourlacollaborationfructueusequenousavonseuetout aulongdecestroisannées. Je tiensàremercier StéphaneZaleski pouravoirdirigéce travail avec souplesse.La pertinence de sesremarques,ainsiquelepragmatismedesesconseils,m'ontétéprécieuxtout aulongdecettethèse.

J'aimeraiségalementremercier GhislainDe Marsily dem'avoirfait l'honneurd'accepterd'être le Présidentdujurydecettethèse.

Ensuite,mesremerciementsvontversmesdeuxrapporteurs,PascalAllemandquiarendusonavis surcettethèseavecunegrandediligence,ainsiqueMohamedNaaimquiajugécetravailavecunegrande applicationetm'aaussifaitbénécierdesonsavoirsurlamodélisationdesavalanchesdeneigeaérosols lorsdemesséjoursaucemagref.Je suistouchédelaqualitédeleursrapports.

JeremercievivementBrunoSavoyepoursesnombreuxconseilsetremarques,ainsiquepourletemps qu'ilm'a accordélorsqu'ilm'aaccueilliàl'ifremer pour l'étudede l'eondrementde Nice.Son savoir dansledomainedesgéosciencesm'aétéd'ungrandsecours.Je suiserdesaprésencedansmonjuryen tantqu'examinateur.

Je rends égalementhommageàPierre-YvesLagrée du lmmpour lesnombreusesdiscussions ainsi quelesjudicieuxconseilsqu'ilasumedonnersurlathéoriedelacouchelimite.

JetiensàremercierDominiqueGuérillotdem'avoiraccueillidansladivisiongéologiegéochimie. JetiensàassureràRémiEschardmagratitude,pourm'avoiracceptépendantplusdetroisannées auseindesonprojet.

Queceuxquideprèsoudeloinontapportéquelquechoseàcettethèsesoientremerciés.Jepenseentre autreauxmembresdeladivisiongéologieavecquij'aipartagéd'intensesmomentsdetravailetd'agréables moments de détentes. Je citerais plus particulièrementYolandeCalot-Martin et Nadia Doizelet (pour leur gentillesseet leur collaborationà lacompréhension de la métaphysique des imprimantes),Brigite Doligez(pourlesmorceauxchoisitpare-mail),GuyDesaubliaux(poursabonnehumeur),TristanEuzen (pourle squatdesonmac),RemyDeschampsetFabriceGaumet(lesinséparables),DidierGranjeon (l'hommele plusrapide de la division,pourmes multiplesdérangements),FrançoisGuillocheau(pour monéducationaudurmétierdegéologuedontcertainscotésauraientpum'échapper),OlivierLerat (pourm'avoirlaisséenfumersonbureau),ChristianRavenne(pourladécouvertedesesgrèsd'Annot) etArlette(pourses1560cafés)et ceuxquim'envoudrontàtout jamaisdelesavoiroubliés:::

JetienségalementàsaluerJean-MarieQuemener(petitthésarddeviendragrand),MarinaRabineau (mercipourladécouvertedeBrestbynight)etJobelPinheiroquivaaborderledélicieuxmomentdela soutenancedethèse.

Àprésentmespenséesvontversmesex-colocatairesduJ/062,RomainDebarreetLaurentPianelo (substineetabstine)quiontdumesupporteretàquijetémoignemonamitié;àtousdeuxboncourage! Jepenseaussiàmescompagnonscosinus FredLaFouine,CedSoftetTaO(pourlahotlineparmail), àostyle(forposterdesignunderphotoshop),àJulien(pourl'initiationàlagéométrieRiemanienne),à Ladgy(pourlessoiréesaucafénoir)et bien-sûrauxJedisObi-wan,LukeetPrincesseLeia(pourLa force).

Enn,jenesauraisoubliermesparents,mas÷uretmonfrère,et magrandmèrequim'ontsoutenu, encouragé,reluet onttoujourssum'aideràsurmonterlespériodesdedoutedurantcestroisannées.

Remerciements i

Tabledes gures ix

Listedes tableaux xvii

Introduction générale 1

Partie I Sur la sédimentation gravitaire 3

Chapitre 1

Classicationdes processusde sédimentationen eauxprofondes 5

1.1 Processusderesédimentation. . . 9 1.2 Glissementsdeterrain . . . 11 1.3 Écoulementsàdébris . . . 11 1.4 Couléesdeboue . . . 18 1.5 Écoulementsengrains . . . 18 1.6 Écoulementsuidisés . . . 18 1.7 Courantsturbiditiques . . . 18 1.8 Classicationhydromécanique . . . 23 1.9 Conclusion . . . 24 Chapitre 2 Unepetitehistoire de la modélisation 25 2.1 Premierspas . . . 26

2.2 Modèlesinstationnairesàunedimension . . . 33

2.3 Lesapports del'hydrodynamique . . . 35

2.4 19901999:LesannéesNavierStokes . . . 40

2.5 L'approchedirecte:desmodèleshorsdeprix . . . 49

2.6 Résumé,conclusionset positionduproblème . . . 50

Partie II L'objet-écoulement: un modèle pour les écoulements gravitaires

nis 61

Chapitre 3

Unmodèle phénoménologiqueen couche mince: l'objet-écoulement 63

3.1 Choixdelagéométriedel'écoulement. . . 64

3.2 Hypothèsessupplémentairesetdénitions. . . 65

3.3 Mouvementdel'objet . . . 67

3.4 Déformationdel'objet . . . 67

3.5 Volumedel'objet . . . 68

3.6 Transfertsdeparticules . . . 70

3.7 Conclusionet formulationdumodèleP . . . 72

Chapitre 4 Complémentsthéoriquesau modèlede l'objet-écoulement 75 4.1 Positionduproblème . . . 76

4.2 Traitementturbulent . . . 81

4.3 Théoriedelacouchelimite . . . 83

4.4 Dérivationdeséquationsd'ondeslonguescouplées . . . 89

4.5 Équationsd'ondeslonguescouplées . . . 93

4.6 Discussion . . . 98

4.7 Décompositionet intégrationdeséquationsd'ondeslongues . . . 99

4.8 Équationsintégrées . . . 101

4.9 Conclusionet formulationdumodèleT . . . 103

Chapitre 5 Fermetures du modèle 107 5.1 Viscositéd'unesuspensiondiluéedeparticules . . . 108

5.2 Vitessedesédimentationdesparticules . . . 108

5.3 Frictionturbulente . . . 113

5.4 Transfertsdeparticules . . . 117

5.5 Incorporationdeuide . . . 124

5.6 ModèleTfermé . . . 127

Bibliographie 129 Partie III Sur le comportement qualitatif du modèle 133 Chapitre 6 Propriétés du systèmedynamiqueet exemplesde solutionsanalytiques 135 6.1 Préliminaires. . . 136

6.2 Exempleduglissementdeterrainindéformable. . . 137

6.5 Suspensions(systèmecomplet). . . 144

6.6 Conclusions . . . 151

Chapitre 7 Surles aspectsqualitatifs du modèle 155 7.1 Préliminaires. . . 155

7.2 Sensibilitéauxparamètres . . . 157

7.3 Sensibilitéauxconditionsinitiales . . . 164

7.4 Sensibilitéaux processusdecontrôle . . . 169

7.5 Conclusions . . . 173

Bibliographie 175 Partie IV Mise en ÷uvre d'une méthode inverse pour l'identication des paramètres et le test de scénarios 177 Chapitre 8 Applicationd'uneméthodeinverseàdesmodèlesréduitsexpérimentaux bi-dimen-sionnels 179 8.1 Préliminaires. . . 180

8.2 ExpériencesencanaldeBeghin(1979) . . . 181

8.3 Expériencesducemagref(1998) . . . 186

8.4 ExpériencesencanaldeLaval(1988) . . . 189

8.5 Conclusions . . . 210

Chapitre 9 L'eondrementde Nice,1979 213 9.1 Contextegéologique . . . 215

9.2 Descriptiondel'événementet Pointsdecontrainte . . . 215

9.3 Paramètresdelamodélisation . . . 222 9.4 Miseen÷uvre . . . 225 9.5 Étudecomplémentaire . . . 237 9.6 Conclusions . . . 239 Bibliographie 243 Conclusiongénérale 245 Résumé 249 Abstract 249

AnnexeA

Dépôts etcaractéristiques des dépôts 251

A.1 Contrôledesprocessusdedépôt . . . 251

A.2 Caractéristiquesdesdépôts . . . 255

A.3 Conclusion . . . 266

AnnexeB Compétence 267 B.1 ModèledeRodineet Johnson1976 . . . 267

B.2 ModèledeHampton1975. . . 268 B.3 ModèledeHampton1979. . . 269 AnnexeC Granulométrie 271 AnnexeD Axiomesde Reynolds 273 AnnexeE Étudedimensionnelledeséquationsdumouvementsousleshypothèsesdelacouche limite 275 E.1 Continuité . . . 275

E.2 Quantitédemouvement . . . 276

E.3 Conservationdelafractionvolumique. . . 279

AnnexeF Conditionsde similitude 283 F.1 Équationdecontinuité . . . 283

F.2 Équationdequantitédemouvement. . . 284

F.3 Équationdelafractionvolumique . . . 284

AnnexeG Intégration transversale des équations du mouvement 287 G.1 Intégrationdeséquationsdumouvement . . . 288

G.2 Choixdesprols. . . 289

G.3 Évaluationdesintégrales . . . 291

AnnexeH Décompositionetintégration des équations d'ondeslongues 295 H.1 Décomposition . . . 295

H.2 Intégrationlongitudinaledeséquationsd'ondeslonguesdécomposées . . . 299

AnnexeI Miseen ÷uvre d'une méthode de résolutionnumérique 309 I.1 Structureduprogramme . . . 309

I.2 Réalisationdumaillage . . . 310

I.3 Constructiondel'objet-écoulement . . . 310

I.4 Formationdudépôt . . . 312

I.5 Résolutionnumériquedeséquationsdiérentielles . . . 312

Exemplede Fichier de donnéesdu programme 319 AnnexeK

Méthodes d'analyse locale 325

K.1 Analysedespointscritiques . . . 325

K.2 Recherchedesolutionsasymptotiques . . . 326

AnnexeL Applicationd'une méthodeinverse:identicationdesparamètresetdesconditions initiales 327 L.1 Positionduproblème . . . 328

L.2 Méthodedurecuitsimulé. . . 329

L.3 Problèmedesminimalocaux . . . 331

L.4 Donnéessynthétiques . . . 336

L.5 Inversionpartielle . . . 337

L.6 Inversiontotale . . . 341

L.7 Conclusions . . . 344

AnnexeM Sur les incertitudes et incompatibilités entre lesprotocoles expérimentaux numé-riqueset analogiques 347 M.1 Turbulence? . . . 347

M.2 Incertitudessurlesconditionsinitiales . . . 348

M.3 Incompatibilitédesconditionsauxlimites. . . 348

AnnexeN Descriptiondes carottes 351 N.1 CampagneNicasar. . . 351 N.2 CampagnePrenice. . . 352 N.3 CampagneCasanice . . . 352 N.4 CampagneMonicya . . . 353 N.5 CampagneSame . . . 353 N.6 CampagneEssam2 . . . 354 AnnexeO Impact de la topographie sur lesrésultats de modélisation: cas de l'eondrement de Nice 355 O.1 Maillagesutilisés . . . 355

O.2 Donnéesdelamodélisation. . . 356

O.3 Sensibilitéautempsdecalcul . . . 358

O.4 Résultats . . . 358

O.5 Déterminationdelaprécisionimposéeparlemaillagen(MF) . . . 361

O.6 Conclusion . . . 363

Bibliographie 365

Glossaire 369

Nomenclature 375

1.1 Lestroisgroupesdeprocessusopérantenmilieumarinprofond . . . 6

1.2 Interactionet continuité des processus opérant en eaux profondes, en relation avec leur principaldépôt sédimentaire. . . 9

1.3 Diagrammedecomportement,permettantunedénitiondescourantsgravitaires . . . 11

1.4 Prolidéaliséd'unécoulementàdébrisrapidesurmontéd'unnuageensuspensionturbulente 13 1.5 Prolidéaliséd'unécoulementàdébris,suivantlarhéologiedeBingham . . . 13

1.6 Transformationd'unécoulementàdébrissousl'inuencedugradientdepente. . . 15

1.7 Positionnementdelarhéologiedesécoulementsàdébris . . . 15

1.8 Le tremblementdeterredeGrandBanks,le18Novembre1929,et lesrupturesdecâbles quiensuivirent . . . 19

1.9 Modèleconceptuelducourantturbiditiquecatastrophique,résultantd'unerupturedepente 20 1.10 Illustrationdelacouchenéphéloïdedefond . . . 21

1.11 Coupelongitudinalesimpliéed'unécoulementturbiditique.. . . 22

2.1 ModèleénergétiquedeBagnold . . . 31

2.2 Diagrammeconceptuelexpliquantl'auto-suspension . . . 32

2.3 Courantturbiditiquetraitécommeunecouchelimiteturbulente. . . 36

2.4 Exemplede simulationmonodimensionnelled'écoulement gravitaire parlaméthodesdes  ondeslongues . . . 40

2.5 Exempledesimulationendeuxdimensionsparune méthodeNavierStokes . . . 48

3.1 Prolnumériqued'uncourantgravitairedevolumeni. . . 64

3.2 Géométrieetvariablesdel'objetécoulement. . . 65

3.3 Étalementdel'objetécoulementsouslesforcesdepression . . . 68

3.4 Incorporationduuideambiantlelongdel'interfacesupérieure del'objetécoulement . . 70

3.5 Sédimentationetérosionlelongdel'interfaceinférieuredel'objet . . . 70

3.6 Épaisseurdéposée,Æ,associéeàl'objetécoulement . . . 72

4.1 Formulationduproblèmecompletsurundomainefermé . . . 76

4.2 Problèmehydrostatique . . . 78

4.3 Illustrationdumouvementdûàlaturbulence . . . 80

4.4 Sédimentationetdiusiondessédiments . . . 83

4.5 Proldevitesseréelsimpliéd'unécoulementgravitaire . . . 84

4.6 Prolsthéoriquesd'écoulementsclassiquesenmécaniquedesuides . . . 84

4.7 Proldevitesseréelsimpliédanslecasd'uneprofondeurd'eauinnie . . . 85

4.8 Épaisseurscaractéristiquesassociéesauxprolsdevitesseet deconcentration . . . 86

4.9 Illustrationdeséchellesdelongueurscaractéristiquesassociéesàl'écoulement . . . 87

4.10 Illustrationdelaconditiondeuxnuldansunesection . . . 95

4.11 Décompositiondumouvementprincipal . . . 100

4.12 Décompositionduchampdevitesseauseindel'objetécoulement. . . 101

5.1 Comparaisondesvitessesdechutelibre,v s0

. . . 111

5.2 VariationdunombredeReynoldsdesparticulesRe p . . . 112

5.3 Variationduparamétren(correctiondelavitessedesédimentation) . . . 113

5.4 Inuencedelafractionvolumiquesurlavitessedesédimentation . . . 114

5.5 Proldevitesseréelsimplié . . . 115

5.6 Variationdelafractionvolumiqueprochedulit . . . 122

5.7 Proldefractionvolumiqueréelsimplié . . . 123

5.8 Tauxd'entraînementduuideambiant. . . 125

5.9 Fonctiond'entraînement,fonctiondelapente,dénieparBeghin(1979) . . . 126

6.1 Solutionsnumériques,exactes etasymptotiques pourlecasd'un glissementindéformable soumisàune forcedefrictionquadratiquesurpenteconstante . . . 139

6.2 Solutionsnumériquesetasymptotiquespourlecasd'unécoulementdedensiténon-miscible surpente constante . . . 142

6.3 Solutions numériqueset asymptotiquespourles vitesses dans le cas d'un écoulementde densitémisciblesurpente constante . . . 143

6.4 Solutions numériqueset asymptotiquespour la hauteur et la longueurdans le cas d'un écoulementdedensitémisciblesurpenteconstante . . . 143

6.5 Solutionsnumériqueset asymptotiquespourlafractionvolumiquedanslecasd'un écou-lementdedensitémisciblesurpenteconstante . . . 144

6.6 Solutionsnumériquesetasymptotiquespourlesvitessesdanslecasd'unesuspension . . . 151

6.7 Solutions numériqueset asymptotiques pour lahauteuret lalongueurdans le cas d'une suspension. . . 152

6.8 Solutionsnumériqueset asymptotiques pourlafractionvolumiquedans lecasd'une sus-pension . . . 152

6.9 Volumedeparticulesdéposéesparsecondeet parunitédelargeurpréditparlemodèleT 153 7.1 Protocoleexpérimentaldesexpériencesnumériques. . . 156

7.2 SensibilitéaucoecientdefrictionC 0 .Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront.157 7.3 Sensibilité au coecient de friction C 0 . Rapport adimensionnel U = U ? en fonction de la positiondufront. . . 157

7.4 SensibilitéaucoecientdefrictionC 0 .Hauteurenfonctiondelapositiondufront.. . . . 157

7.5 SensibilitéaucoecientdefrictionC 0 .Longueurenfonctiondelapositiondufront. . . . 158

7.6 SensibilitéaucoecientdefrictionC 0 .Rapportadimensionnel h = l enfonctiondelaposition dufront. . . 158

7.7 Sensibilitéaucoecientde frictionC 0 . Fractionvolumiqueenfonction delapositiondu front.. . . 158

7.8 Sensibilitéau coecient de friction C 0 . Rapport adimensionnel duvolume de particules déposéesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm).. . . 158

7.9 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 .Vitessedufrontenfonctiondelapositiondu front.. . . 159

7.10 Sensibilitéau coecientd'incorporationC 1 . Rapport adimensionnel U = U ? en fonctionde lapositiondufront. . . 159

7.11 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 .Hauteurenfonctiondelapositiondufront. . 159

7.12 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 .Longueurenfonctiondelapositiondufront. 159 7.13 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 . Rapport adimensionnel h = l enfonctionde la positiondufront. . . 160

7.14 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 .Fractionvolumiqueenfonctiondelaposition dufront. . . 160

7.15 Sensibilitéaucoecientd'incorporationC 1 . Rapportadimensionnelduvolumede parti-culesdéposéesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm). . . 160

7.16 Sensibilitéau coecientdefractionvolumiquebasaleC 3 .Vitesse dufrontenfonctionde lapositiondufront. . . 161

7.17 SensibilitéaucoecientdefractionvolumiquebasaleC 3

.Rapportadimensionnel = U

en fonctiondelapositiondufront. . . 161 7.18 SensibilitéaucoecientdefractionvolumiquebasaleC

3

.Hauteurenfonctiondelaposition dufront. . . 161 7.19 Sensibilité au coecient de fraction volumique basale C

3

. Longueur en fonction de la positiondufront. . . 161 7.20 Sensibilité au coecient de fractionvolumiquebasale C

3 . Rapport adimensionnel h = l en fonctiondelapositiondufront. . . 161 7.21 SensibilitéaucoecientdefractionvolumiquebasaleC

3

.Fractionvolumiqueenfonction delapositiondufront. . . 162 7.22 Sensibilité aucoecientde fractionvolumiquebasale C

3

. Rapport adimensionneldu vo-lumedeparticulesdéposéesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm). . . 162 7.23 Sensibilité aucoecient dediusivité C

4

. Vitesse du fronten fonctionde la positiondu front.. . . 162 7.24 Sensibilitéau coecientde diusivitéC

4 .Rapportadimensionnel U = U ? enfonction dela positiondufront. . . 163 7.25 SensibilitéaucoecientdediusivitéC

4

.Hauteurenfonctiondelapositiondufront. . . 163 7.26 SensibilitéaucoecientdediusivitéC

4

.Longueurenfonctiondelapositiondufront. . 163 7.27 Sensibilité au coecient de diusivité C

4 . Rapport adimensionnel h = l en fonction de la positiondufront. . . 163 7.28 Sensibilité aucoecientde diusivité C

4

. Fractionvolumiqueen fonction dela position dufront. . . 163 7.29 SensibilitéaucoecientdediusivitéC

4

.Rapportadimensionnelduvolumedeparticules déposéesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm).. . . 164 7.30 Sensibilitéaufacteur deforme

h0 =

l0

. Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront. . 164 7.31 Sensibilitéaufacteurdeforme

h0 = l0 .Rapportadimensionnel U = U ? enfonctiondelaposition dufront. . . 164 7.32 Sensibilitéaufacteur deforme

h0 =

l0

. Hauteurenfonctiondelapositiondufront. . . 164 7.33 Sensibilitéaufacteur deforme

h0 =

l0

. Longueurenfonctiondelapositiondufront. . . 165 7.34 Sensibilitéaufacteurdeforme

h0 = l0 .Rapportadimensionnel h = l enfonctiondelaposition dufront. . . 165 7.35 Sensibilitéaufacteur deforme

h 0

= l 0

. Fractionvolumiqueenfonctiondelapositiondufront.165 7.36 Sensibilitéau facteur deforme

h 0

= l 0

. Rapport adimensionnelduvolume departicules dé-poséesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm). . . 165 7.37 Sensibilitéaurapport U 0 = U ? 0

.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront. . . 166 7.38 Sensibilitéaurapport U 0 = U ? 0 .Rapportadimensionnel U = U ?

enfonctiondelapositiondufront.166 7.39 Sensibilitéaurapport U 0= U ? 0

.Hauteurenfonctiondelapositiondufront.. . . 166 7.40 Sensibilitéaurapport U 0= U ? 0

.Longueurenfonctiondelapositiondufront. . . 166 7.41 Sensibilitéaurapport U 0= U ? 0 .Rapport adimensionnel h = l

enfonctiondelapositiondufront 167 7.42 Sensibilitéaurapport U0 = U ? 0

.Fractionvolumiqueenfonctiondelapositiondufront. . . . 167 7.43 Sensibilitéaurapport U0 = U ? 0

.Rapport adimensionnelduvolumedeparticulesdéposéesau volumeinitialdeparticules(sectionsde50cm).. . . 167 7.44 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0

.Vitesse dufrontenfonctionde laposition dufront. . . 167 7.45 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0 .Rapportadimensionnel U = U ? enfonctionde lapositiondufront. . . 168 7.46 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0

.Hauteurenfonctiondelapositiondufront. 168 7.47 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0

.Longueurenfonctiondelapositiondufront.168 7.48 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0 .Rapportadimensionnel h = l enfonctiondela positiondufront. . . 168 7.49 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0

.Fractionvolumiqueenfonctiondelaposition dufront. . . 168 7.50 Sensibilitéàlafractionvolumiqueinitiale

0

.Rapportadimensionnelduvolume de par-ticulesdéposéesauvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm).. . . 169

7.51 Sensibilitéàlapente.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront. . . 169 7.52 Sensibilitéàlapente.Rapportadimensionnel

U =

U ?

enfonctiondelapositiondufront. . . 169 7.53 Sensibilitéàlapente.Hauteurenfonctiondelapositiondufront. . . 169 7.54 Sensibilitéàlapente.Longueurenfonctiondelapositiondufront. . . 170 7.55 Sensibilitéàlapente.Rapportadimensionnel

h =

l

enfonctiondelapositiondufront. . . . 170 7.56 Sensibilitéàlapente.Fractionvolumiqueenfonctiondelapositiondufront. . . 170 7.57 Sensibilitéàlapente.Rapportadimensionnelduvolumedeparticulesdéposéesauvolume

initialdeparticules(sectionsde50cm). . . 170 7.58 Sensibilitéàlagranulométrie.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront. . . 171 7.59 Sensibilitéàlagranulométrie.Rapport adimensionnel

U = U ? enfonction delapositiondu front.. . . 171 7.60 Sensibilitéàlagranulométrie.Hauteurenfonctiondelapositiondufront. . . 171 7.61 Sensibilitéàlagranulométrie.Longueurenfonctiondelapositiondufront. . . 171 7.62 Sensibilitéàlagranulométrie.Rapportadimensionnel

h =

l

enfonctiondelapositiondufront172 7.63 Sensibilitéàlagranulométrie.Fractionvolumiqueenfonctiondelapositiondufront.. . . 172 7.64 Sensibilitéà la granulométrie.Rapport adimensionneldu volume de particulesdéposées

auvolumeinitialdeparticules(sectionsde50cm). . . 172 7.65 Mélangededeuxtaillesdeparticules(500met100m).Vitesseenfonctiondelaposition

dufront(àgauche).Hauteurenfonctiondelaposition(àdroite) . . . 173 7.66 Évolutionde lafractionvolumiqueen fonctiondelaposition.À gauche:particulesnes.

Àdroite:particulesgrossières . . . 174 7.67 Histogrammederépartitiondusable.Àgauche:particulesnes.Àdroite:particules

gros-sières. . . 174 8.1 SchémaducanalexpérimentalutiliséparBeghin . . . 181 8.2 Exempled'évaluationpar Beghin de la hauteur H et de la longueur L d'une bouée à

partirdesonprolréelobtenu surphotographie . . . 182 8.3 Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront:donnéesdeBeghin[1979]. . . 183 8.4 Inversionpartiellesur les conditionsinitiales.Vitessedu fronten fonctionde laposition

dufront:donnéesdeBeghin. . . 184 8.5 Inversiontotale.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront:donnéesdeBeghin.. 185 8.6 Positiondufrontenfonctiondutemps:donnéesducemagref. . . 187 8.7 Inversion partielle sur les conditions initiales. Position du front en fonction du temps:

donnéesducemagref. . . 187 8.8 Inversiontotale.Positiondufrontenfonctiondutemps:donnéesducemagref. . . 188 8.9 Inversiontotale.Répartitiondesvaleursdescoecientspourlessixexpériencesdu

cema-gref. . . 189 8.10 Canaletsystème d'agitationutilisésparLaval . . . 190 8.11 Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogramme

de répartitiondusable (à droite): Expériencesàgranulométrievariablede 56m à142 m(données deLaval[1988]). . . 191 8.12 Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogramme

de répartition du sable (à droite): Expériences à pente variable de 1 o

à 5 o

(données de Laval[1988]). . . 192 8.13 Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogramme

derépartitiondusable(àdroite):Expériencesàmassevariablede300gà650g(données deLaval[1988]). . . 192 8.14 Tests préliminairessurl'inuencedelafractionvolumiqueinitialeetlahauteurinitiale . 193 8.15 Inversionpartiellesurlesconditionsinitiales.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àgranulométrievariable(données deLaval[1988]). . . 194 8.16 Inversionpartiellesurlesconditionsinitiales.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àgranulométrievariable(données deLaval[1988]). . . 194

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àpentevariable(donnéesdeLaval[1988]).. . . 195 8.18 Inversionpartiellesurlesconditionsinitiales.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àmassevariable(données deLaval[1988]). . . 196 8.19 Inversion sur les histogrammesde dépôt. Vitesse dufront en fonction de la positiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àgranulométrievariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 197 8.20 Inversion sur les histogrammesde dépôt. Vitesse dufront en fonction de la positiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àgranulométrievariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 198 8.21 Inversion sur les histogrammesde dépôt. Vitesse dufront en fonction de la positiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àpentevariable(donnéesdeLaval[1988]).. . . 199 8.22 Inversion sur les histogrammesde dépôt. Vitesse dufront en fonction de la positiondu

front(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériences àmassevariable(données deLaval[1988]). . . 200 8.23 Inversionsur les donnéesde vitesse. Vitesse dufront enfonction de lapositiondufront

(à gauche) & lissagede l'histogramme de répartitiondu sable (à droite): Expériences à granulométrievariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 201 8.24 Inversionsur les donnéesde vitesse. Vitesse dufront enfonction de lapositiondufront

(à gauche) & lissagede l'histogramme de répartitiondu sable (à droite): Expériences à granulométrievariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 202 8.25 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Vitessedufrontenfonctiondelapositiondufront(à

gauche)&lissagedel'histogrammederépartitiondusable(àdroite):Expériencesàpente variable(données deLaval[1988]). . . 203 8.26 Inversionsur les donnéesde vitesse. Vitesse dufront enfonction de lapositiondufront

(à gauche) & lissagede l'histogramme de répartitiondu sable (à droite): Expériences à massevariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 204 8.27 Inversionsimultanéesur lesdonnéesde vitesseet les histogrammesde dépôt. Vitesse du

frontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartition dusable(à droite):Expériencesàgranulométrievariable(données deLaval[1988]). . . . 205 8.28 Inversionsimultanéesur lesdonnéesde vitesseet les histogrammesde dépôt. Vitesse du

frontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartition dusable(à droite):Expériencesàgranulométrievariable(données deLaval[1988]). . . . 206 8.29 Inversionsimultanéesur lesdonnéesde vitesseet les histogrammesde dépôt. Vitesse du

frontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartition dusable(à droite):Expériencesàpente variable(donnéesdeLaval[1988]). . . 207 8.30 Inversionsimultanéesur lesdonnéesde vitesseet les histogrammesde dépôt. Vitesse du

frontenfonctiondelapositiondufront(àgauche)&lissagedel'histogrammederépartition dusable(à droite):Expériencesàmassevariable(donnéesdeLaval[1988]). . . 208 8.31 Inversiontotale.RépartitiondesvaleursdescoecientspourleshuitsexpériencesdeLaval

[1988]. . . 209 9.1 Contextegéographique,montrantlamorphologieducônesous-marin . . . 214 9.2 Localisationdel'eondrementetduchenalemprunté. . . 216 9.3 Localisation des carottages eectuées par l'ifremer. : carottes retenues; : carottes

incertaines;autrescarottes.. . . 218 9.4 Prolreconstituédelahauteurdesédimentsdéposés,estiméed'aprèslescarottesifremer219 9.5 ProlreconstituédelahauteurdelaridesédimentaireduVar. . . 222 9.6 Estimationsdesvitessesdonnéesparlesprécédentes modélisations . . . 223

9.7 Localisation du trajet emprunté par l'eondrement (trajet a, qui correspond au chenal Sud).LetrajetbcorrespondenpartieauchenalNord.Localisationdesrupturesdecâbles d'aprèsPiperet Savoye[1993]:enpointilléslescâbles rompus,entraits pleins,lescâbles

nonrompus.. . . 224

9.8 ProlbathymétriquereconstituédelavalléeduVar,lelongd'unesection2D.Lesmaillages (MF)et(MG)sontsuperposés. . . 225

9.9 Inversionpartiellecontrainteparladynamique(rupturedescâbles). Positiondufronten fonctiondutemps(à gauche);Vitesse enfonctiondelaposition(àdroite). . . 227

9.10 Inversionpartiellecontrainte parladynamique(rupture descâbles). À gauche: Hauteur enfonctiondelaposition,lespointillésreprésententlahauteurdelaridesédimentairedu Var.Àdroite:Épaisseursdéposées.. . . 227

9.11 Inversionpartiellecontrainteparledépôt.Épaisseurdéposée. . . 229

9.12 Inversionpartiellecontrainteparledépôt.Positiondufrontenfonctiondutempsàgauche etvitesseenfonctiondelapositiondufrontàdroite . . . 229

9.13 Inversiontotalecontraintepar la dynamique.Positiondu front en fonctiondu temps (à gauche).Vitesseenfonctiondelaposition(à droite). . . 231

9.14 Inversion totale contrainte par la dynamique. Hauteur en fonction de la position. Les pointillés représentent la hauteur de la ride sédimentairedu Var (à gauche). Épaisseurs déposées(àdroite). . . 231

9.15 Inversiontotalecontrainteparledépôt.Épaisseurdéposée. . . 233

9.16 Inversiontotalecontrainteparledépôt.Positiondufrontenfonctiondutemps(àgauche). Vitesseenfonctiondelaposition(àdroite). . . 234

9.17 Inversiontotalecontrainteparledépôt.Hauteurenfonctiondelaposition.Lespointillés représententlahauteurdelaridesédimentaireduVar.. . . 234

9.18 Inversiontotalecontrainteparladynamiqueetledépôt.Positiondufrontenfonctiondu temps(àgauche).Épaisseurdéposée(à droite). . . 236

9.19 Inversiontotalecontrainteparladynamiqueetledépôt.Hauteurenfonctiondelaposition, lespointillésreprésententlahauteurdelaridesédimentaireduVar(àgauche).Vitesseen fonctiondelaposition(àdroite). . . 236

9.20 Correspondanceentrelahauteurdel'écoulementet lesprolsdefractionvolumiqueet devitesseU. . . 236

9.21 Inversiontotalecontrainteparladynamiqueetledépôt.NombredeRichardsonenfonction delaposition(à gauche).NombredeReynoldsenfonctiondelaposition(àdroite). . . . 237

9.22 Inversiontotalecontrainteparladynamiqueetledépôt.Proldedépôtobtenu(àgauche). Évolutiondelafractionvolumique(àdroite). . . 238

9.23 Prolbathymétriqueassociéautrajetb . . . 238

9.24 Trajet b. Position du front en fonction du temps (à gauche). Vitesse en fonction de la positiondufront(àdroite) . . . 238

9.25 Trajetb.Épaisseurdéposée. . . 239

9.26 Trajetb.Hauteurenfonctiondelaposition(àgauche).NombredeRichardsonenfonction delaposition(à droite). . . 239

1 Exemplede géométried'objets:àgaucheexempled'objetasymétrique;àdroiteexemple d'objetàtroisdimensions. . . 247

A.1 Croquisschématiquesoulignantlavariétédesprocessusphysiquescontrôlantla sédimen-tationeneauxprofondes . . . 252

A.2 Liaisonentreniveau delameret développementdescourantsturbiditiques . . . 253

A.3 Paramètresrégissantlesvariationseustatiques . . . 254

A.4 Schémadesplusgrandesunitéstectoniqueset morphologiquesdelacroûteterrestre . . . 255

A.5 Modèledefacièsresédimentépourunedébrite . . . 257

A.6 Modèleconceptuelpourlesécoulementsàdébrisproximauxet distaux . . . 257

A.7 Prolthéoriquedunezd'undépôtdedébrisow . . . 258

A.10Modèledefacièsresédimentépouruneturbiditeàhauteconcentration(séquencedeLowe) 261

A.11Originedelacouchedetapisdetraction . . . 262

A.12Séquence virtuellededépôt,résultantd'unesuccessiond'écoulements. . . 263

A.13Modèledefacièsresédimentépouruneturbiditeclassique(SéquencedeBouma) . . . 264

A.14Diagrammemontrantleschangementsd'organisationdansuneturbidite . . . 264

A.15Diagrammeschématiquereprésentantl'interprétationd'uneséquence deBoumaen fonc-tiondeladistanceàtraverslebassin,etdudéclindel'écoulement . . . 265

A.16ModèledefacièsresédimentépouruneTurbiditedefaibleconcentration(SéquencedeStow)265 B.1 Simplicationducalculdelaottabilitéd'unesphère . . . 268

G.1 Graphe d'unefonctionchapeau . . . 291

G.2 Exempledeprolsanalytiquesadimensionnelsdevitesseet deconcentration . . . 291

G.3 Évaluationdesfacteurs deforme . . . 292

H.1 Autreexempledechampdevitessedécomposéauseindel'objetécoulement . . . 297

I.1 Structureduprogramme. . . 311

I.2 Exempled'uneméthodeRungeKutta(2,2)et d'uneméthoded'Euler . . . 314

L.1 Approximationlinéairedesrésultatsdumodèledirectentredeux pasdetempsnet n+1. 328 L.2 Mouvementdusimplex(exemplemonodimensionnel). . . 331

L.3 Schémamontrantl'inuencedesconditionsinitialesdel'algorithmed'optimisation . . . . 332

L.4 Schémamontrantleproblèmedeséchellesdelafonctiondecoûtenlienavecles tempéra-turescritiques. . . 334

L.5 ExempledefonctionderecuitpoutT 0 =1. . . 335

L.6 Donnéessynthétiques. . . 337

L.7 Reconstructiondelapositiondufrontenfonctiondutempset dutauxderécupération: exempledeminimalocauxlorsd'uneinversionpartielle. . . 338

L.8 Reconstructiondelapositiondufrontenfonctiondutempset dutauxderécupération: inversionpartiellesurlesparamètres . . . 339

L.9 Reconstructiondelapositiondufrontenfonctiondutempset dutauxderécupération: inversionpartiellesurlesconditionsinitiales. . . 341

L.10Reconstructiondelapositiondufrontenfonctiondutempset dutauxderécupération: exemplesdeminimalocauxd'uneinversiontotale. . . 342

L.11Reconstructiondelapositiondufrontenfonctiondutempset dutauxderécupération: inversiontotale.. . . 343

M.1 ExempledequanticationdeseetsvisqueuxpourlesexpériencesdeLaval . . . 348

O.1 Prol bathymétrique reconstituédelavalléeduVar,lelongd'unesection 2D.Prols de topographiene(MF),grossière(MG)et lisse(ML). . . 356

O.2 Prolsdetopographiene(MF)grossière(MG)etlisse(ML),grossissement. . . 357

O.3 Prolsdetopographiene(MF),grossière(MG)etlisse(ML),grossissement. . . 357

O.4 Positiondufrontenfonctiondutemps . . . 359

O.5 Vitesse enfonctiondelapositiondufront . . . 359

O.6 Hauteur enfonctionde laposition.Lespointillésreprésententlehauteur delaride sédi-mentaireduVar. . . 360

O.7 Épaisseurdéposée. . . 360

O.8 Positiondufrontenfonctiondutemps . . . 362

O.9 Vitesse enfonctiondelapositiondufront . . . 362

O.10Hauteuren fonctionde laposition.Les pointillésreprésententlahauteurdelaride sédi-mentaireduVar. . . 362

O.12À gauche:Prols detopographie ne(MF), grossière(MG)et lisse (ML),grossissement auvoisinagedukilomètre20.Àdroite:Vitessedufrontenfonctiondelaposition. . . 363 1 Lesoriginesdelacouchedecarpettedetraction . . . 370 2 Comparaisonentrelesprolsdevitesselaminaireset turbulents. . . 371

1.1 Classicationetdénitiondesprocessusdedépôt eneauxprofondes . . . 7 5.1 OrdredegrandeurdunombredeReynoldsassociéauxclassesdeparticules . . . 112 5.2 ParamètredeShields(contraintecritiqueadimensionnelle). . . 120 5.3 Valeursexpérimentalesdelafonctiond'entraînementdénieparBeghin(1979) . . . 126 6.1 Facteurdecontrole,fonctiondelapente,pourlecasd'unécoulementdedensiténon-miscible141 6.2 Facteurdecontrôle,fonctiondelapente,pourlecasd'unécoulementdedensitémiscible 142 6.3 Comportementasymptotiquepourlecasd'unesuspension . . . 150 6.4 Paramètresutiliséspourcalculerlesfacteursdecontrôlepourlecasd'unesuspension . . 150 7.1 Conditionsinitialespardéfautdesexpériencesnumériques. . . 155 7.2 Paramètrespardéfautdesexpériencesnumériques . . . 156 7.3 Valeursducoecientdefriction(D=valeurpardéfautdumodèle). . . 157 7.4 Valeursducoecientd'incorporationdeuideambiant(Dvaleurpardéfautdumodèle).159 7.5 ValeursducoecientdefractionvolumiquebasaleC

3

. . . 160 7.6 ValeursducoecientdediusivitéC

4

(D=valeurpardéfautdumodèle).. . . 162 7.7 Valeursdufacteurdeforme

h0 = l 0 . . . 164 7.8 Valeursdurapport U0 = U ? 0 . . . 165 7.9 Valeursdelafractionvolumiqueinitiale

0

. . . 167 7.10 Valeursdel'angledepente . . . 169 7.11 Valeursdelagranulométrie . . . 171 8.1 Paramètresphysiques. . . 180 8.2 ConditionsinitialesexpérimentalesdesexpériencesréaliséesparBeghin . . . 183 8.3 Lapente estleparamètrevariabledeces essaisdeBeghin.. . . 183 8.4 Inversion partielle sur les conditions initiales. Conditions initiales des reconstructions:

donnéesdeBeghin. . . 184 8.5 Inversiontotale.Conditionsinitialesdesreconstructions:DonnéesdeBeghin. . . 185 8.6 Inversiontotale.Paramètresphysiquesdesreconstructions:DonnéesdeBeghin.. . . 185 8.7 Conditionsinitialesexpérimentalesdesexpériencesréaliséesaucemagref. . . 186 8.8 Caractéristiquesdesexpériencesréaliséesaucemagref. . . 186 8.9 Inversion partielle sur les conditions initiales. Conditions initiales des reconstructions:

Donnéesducemagref. . . 187 8.10 Inversiontotale.Conditionsinitialesdesreconstructions:Donnéesducemagref.. . . 188 8.11 Inversiontotale.Paramètresphysiquesdesreconstructions:Donnéesducemagref. . . . 188 8.12 ConditionsinitialesexpérimentalescommunesdesexpériencesréaliséesparLaval . . . 191 8.13 ConditionsinitialesexpérimentalesdesexpériencesréaliséesparLaval . . . 191 8.14 Conditionsinitialesdestests préliminaires. . . 193 8.15 Inversion partielle sur les conditions initiales. Conditions initiales des reconstructions:

8.16 Inversionpartielle sur les conditions initiales.Coûts des reconstructions: Expériences à granulométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 195 8.17 Inversion partielle sur les conditions initiales. Conditions initiales des reconstructions:

Expériencesàpentevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 196 8.18 Inversionpartielle sur les conditions initiales.Coûts des reconstructions: Expériences à

pente variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 196 8.19 Inversion partielle sur les conditions initiales. Conditions initiales des reconstructions:

Expériencesàmassevariable(Données deLaval[1988]). . . 197 8.20 Inversionpartielle sur les conditions initiales.Coûts des reconstructions: Expériences à

massevariable(Données deLaval[1988]). . . 197 8.21 Inversionsurleshistogrammesdedépôt.Coûtsdesreconstructions:Expériencesà

granu-lométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 198 8.22 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Conditionsinitiales desreconstructions:

Expé-riencesàgranulométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 198 8.23 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Paramètresphysiquesdes reconstructions:

Ex-périencesàgranulométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 199 8.24 Inversionsurleshistogrammesdedépôt. Coûts desreconstructions:Expériencesàpente

variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 199 8.25 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Conditionsinitiales desreconstructions:

Expé-riencesàpentevariable(Données deLaval[1988]). . . 200 8.26 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Paramètresphysiquesdes reconstructions:

Ex-périencesàpentevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 200 8.27 Inversionsurleshistogrammesdedépôt. Coûtsdesreconstructions:Expériencesàmasse

variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 200 8.28 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Conditionsinitiales desreconstructions:

Expé-riencesàmassevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 200 8.29 Inversionsurles histogrammesde dépôt. Paramètresphysiquesdes reconstructions:

Ex-périencesàmassevariable(Données deLaval[1988]).. . . 201 8.30 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Coûtdesreconstructions:Expériencesàgranulométrie

variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 202 8.31 Inversionsurlesdonnéesdevitesse. Conditionsinitialesdesreconstructions:Expériences

àgranulométrievariable(Données deLaval[1988]).. . . 202 8.32 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Paramètresphysiquesdesreconstructions:Expériences

àgranulométrievariable(Données deLaval[1988]).. . . 202 8.33 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Coûtdesreconstructions:Expériencesàpentevariable

(DonnéesdeLaval[1988]). . . 203 8.34 Inversionsurlesdonnéesdevitesse. Conditionsinitialesdesreconstructions:Expériences

àpente variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 203 8.35 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Paramètresphysiquesdesreconstructions:Expériences

àpente variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 204 8.36 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Coûtdesreconstructions:Expériencesàmassevariable

(DonnéesdeLaval[1988]). . . 204 8.37 Inversionsurlesdonnéesdevitesse. Conditionsinitialesdesreconstructions:Expériences

àmassevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 204 8.38 Inversionsurlesdonnéesdevitesse.Paramètresphysiquesdesreconstructions:Expériences

àmassevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 204 8.39 Inversionsimultanéesur les données de vitesse et les histogrammesde dépôt. Coût des

reconstructions:Expériencesàgranulométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 206 8.40 Inversionsimultanéesur lesdonnéesdevitesseet leshistogrammesdedépôt. Conditions

initialesdesreconstructions:Expériencesàgranulométrievariable(DonnéesdeLaval[1988]).206 8.41 Inversionsimultanéesurlesdonnéesdevitesse etleshistogrammesdedépôt.Paramètres

physiques des reconstructions: Expériences à granulométrie variable (Données de Laval [1988]). . . 206

reconstructions:Expériencesàpente variable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 207 8.43 Inversionsimultanéesurlesdonnéesde vitesseet leshistogrammesde dépôt. Conditions

initialesdesreconstructions:Expériencesàpentevariable(Données deLaval[1988]).. . . 207 8.44 Inversionsimultanéesurlesdonnéesdevitesseet leshistogrammesdedépôt. Paramètres

physiquesdesreconstructions:Expériencesàpentevariable(Données deLaval[1988]).. . 208 8.45 Inversion simultanéesur les données de vitesse et les histogrammes de dépôt. Coût des

reconstructions:Expériencesàmassevariable(Données deLaval[1988]). . . 208 8.46 Inversionsimultanéesurlesdonnéesde vitesseet leshistogrammesde dépôt. Conditions

initialesdesreconstructions:Expériencesàmassevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 208 8.47 Inversionsimultanéesurlesdonnéesde vitesseet leshistogrammesde dépôt. Conditions

initialesdesreconstructions:Expériencesàmassevariable(DonnéesdeLaval[1988]). . . 209 9.1 Estimationdelapositiondesrupturesdecâbles. . . 217 9.4 Situationdescarotteset interprétationdesépaisseurssédimentées. . . 220 9.2 Hauteurde sédimentsdéposés estiméed'aprèslescarotteset considéréecomme

possible-mentrésultantesdel'eondrement . . . 221 9.5 Estimationdesvaleursduvolumedesédimentsdansl'eondrement. . . 224 9.6 Inversionpartielle:paramètresphysiques(noninversés). . . 226 9.7 Inversionpartiellesurladynamique:conditionsinitiales . . . 226 9.8 Inversionpartiellesurladynamique:coût . . . 227 9.9 Inversionpartiellesurledépôt:conditionsinitiales . . . 229 9.10 Inversiontotalesurladynamique:paramètresphysiques. . . 230 9.11 Inversiontotalesurladynamique:conditionsinitiales . . . 231 9.12 Inversiontotalesurladynamique:coût . . . 232 9.13 Inversiontotalesurledépôt:paramètresphysiques. . . 232 9.14 Inversiontotalesurledépôt:conditionsinitiales . . . 233 9.15 Inversiontotalesurledépôt:coût . . . 233 9.16 Inversiontotalesurladynamiqueetledépôt: paramètresphysiques. . . 235 9.17 Inversiontotalesurladynamiqueetledépôt: conditionsinitiales . . . 235 9.18 Synthèsedestempsderupturedescâblesetdesépaisseursdéposéesdesdiérentsscénarios

testés . . . 241 C.1 Échellegranulométriqueenmm . . . 271 H.1 Propriétésdesymétriedesfacteursdeforme. . . 303 I.1 ParamètresdesméthodesdeRungeKutta(5,6)et(4,6)utilisées . . . 316 L.1 Conditionsinitialesetparamètresphysiquesdesdonnéessynthétiques. . . 336 L.2 Paramètresdel'inversionpartielle. . . 337 L.3 Paramètresphysiqueslorsd'inversionpartielle:exemplesdeminimalocaux . . . 338 L.4 Valeurdesfonctionsdecoûtdesminimalocaux . . . 338 L.5 Paramètresphysiques:inversionpartiellesurlesparamètres. . . 339 L.6 Valeurdesfonctionsdecoût . . . 340 L.7 Conditions initiales.Les paramètres initiauxsontceux utiliséspour générerles données

synthétiques. . . 340 L.8 Valeurdesfonctionsdecoût. . . 341 L.9 Paramètresdel'inversiontotale . . . 341 L.10Paramètresphysiquesobtenuslorsd'inversiontotale:exemplesdeminimalocaux. . . 342 L.11Conditionsinitialesobtenueslorsd'inversiontotale:exemplesdeminimalocaux . . . 342 L.12Valeurdesfonctionsdecoûtdesminimalocaux . . . 343 L.13Paramètresphysiques.Lesparamètresinitiauxsontceuxutiliséspourgénérerlesdonnées

L.14 Conditions initiales.Les paramètresinitiaux sont ceux utiliséspour générer les données synthétiques.Leserreursrelativessontindiquéesentreparenthèses. . . 344 L.15 Valeurdesfonctionsdecoût:inversiontotale . . . 344 O.1 Constitutiondesmaillages. . . 356 O.2 Paramètresetconditionsinitialesdelamodélisation . . . 357 O.3 Temps cpudessimulationssurmaillagenetgrossier.. . . 358 O.4 Nombre de pas de temps accepté et nombre de pas de temps repris pour conserver la

précisionsurl'erreurdetroncature etsurlemaillage.. . . 358 O.5 Nombre de pas de temps accepté et nombre de pas de temps repris pour conserver la

Les exemplesde mouvementsinduits parla gravitésontnombreux et serencontrentdans des phé-nomènes naturelsaussi variés que lesavalanchesde neige [Hermann, Issler et Keller,1993; Hopnger, 1983;Naaim, 1995; Sampl,1993],lesnuéesardentes[Delinger, 1987; Valentineet Wohletz,1989] et les écoulementsgravitairessous-marins[Benjamin,1968;Laval,Cremer,BeghinetRavenne,1988;Middleton etHampton,1976;Mulder,Savoye,PiperetSyvitski,1998;RavenneetBeghin,1983].

Enborduredesplate-formescontinentales,lesaccumulationsdesédimentspeuventêtredéstabilisées lors d'épisodes catastrophiques. L'excès de masse, dû à la présence des sédiments, constitue la force motricedumouvement.Ce mouvementpeutêtredécomposéentroisphases:

Laphase I estcelledel'initiationdel'écoulementetdesonaccélération.Elleestcaractériséepar untauxdesédimentsérodéssupérieuràceluidesédimentsdéposés.

Laphase II peutêtreunepériodedurantlaquellel'érosionetledépôtdessédimentssontégaux. L'écoulementsedilueetlessédimentssontmaintenusensuspensionparlaturbulence. Laphase III est celle de la décélération de l'écoulement. La sédimentation domine l'érosion.

Lorsquel'écoulementatteintlesplainessous-marinessonarrêtestdûprincipalement:

①

②

③

Ces phénomènes aboutissent donc à l'accumulation, sur les plaines sous-marines, de nombreuses couches de sédiments appelées  turbidites. Ces dépôts sont à l'origine de nombreux réservoirs pé-trolierspourunegrandepartrécemmentdécouverts.C'estpourquoil'étudedesprocessusrégissantleur miseenplacesusciteactuellementunintérêtgrandissant,enparticulier,dansledomainedelasimulation numérique.

Cettethèseproposedeuxaxesdetravail:

1. développerdesméthodesnumériquesdesimulationadaptéesàlasédimentationdesdépôts gravi-tairesausenslarge(etnonuniquementturbiditiques).

2. mettreau pointune méthodede calagedesrésultatsdumodèlesurdes donnéesréelleset expéri-mentales.L'identicationdesconditionsinitialesetdesparamètresphysiquesquiendécoulepermet alorsdetesterdesscénariosd'écoulements.

Lamodélisationdesprocessus gravitairescontribueàune meilleurecompréhensionde ladynamique de ces processus et permetde quantier l'impactdes paramètresexternes, tels que lamorphologiedu bassin,lanature etlaquantitédesapportsdesédiments,surlagéométrieet l'extensiondesdépôts.

Cettethèsecomportequatreparties:

Lapremièrepartie présenteunerevuebibliographiquecomplètepourl'essentiel,maisnonexhaustive, delasédimentationgravitaire.

Lepremierchapitreest consacréàladescriptiondesphénomènesgravitairesnaturelssous-marins. Ce chapitretémoignede lacomplexitéet lagrande variabilitédesphénomènes enjeu.La classi-cationproposéenousàconduitàlimiternostravauxàl'étudedessuspensionsturbulentes. Au chapitre 2, nous montrerons comment au l du temps, les modélisations mécaniques se sont enrichies et complexiées, depuis les approches les plus  rustiques (stationnaireset sans dimensions)jusqu'auxderniersdéveloppementsrendus possibleparlesprogrèsdelamodélisation numérique.

Dans ladeuxième partie nous proposons une formulation simple des équations du mouvementdes écoulementsgravitaires;approchequenousavonsnomméeobjet-écoulement.L'argument prin-cipaldelaformulationestissud'observationsexpérimentales:l'écoulementestassimiléàunobjet géométriquedéformable,paramétrépardesgrandeurscaractéristiquesliéesàl'écoulement(vitesse moyenne de l'objet, dimensions de l'objet, fraction volumique des sédiments). Pour caractériser l'évolutiontemporelle deces variables,nous avonsconsidéré que l'écoulementgravitaired'un vo-lumenidemélangedeparticulesétaitlereetdubilanentrelesforcesextérieures,l'étalementdû auxforcesdepressiond'unepart;l'incorporationduuideambiantet ledépôtet/oul'érosiondes particulesd'autrepart.

LemodèleP,issu,lui,deconsidérationsphénoménologiques,estprésenté auchapitre3.

Une formulationenrelationplusétroiteavecleséquationsdelamécaniquedesuidesest exposée au chapitre4. Elle repose sur une méthode de décompositiondu champ de vitesse (translation déformation)etapportedescorrectionsàlaformulationP.ElleconstituelemodèleT.

Lechapitre5traiteduproblèmedesfermeturesdumodèle(conditionsauxlimites).Ils'appuitsur lasignicationphysiquedesphénomènesmisenjeu (érosion,incorporationdeuide::: ).

Latroisième partie est consacrée à l'étude des solutions associées aux modèles développés dans la secondepartie.

L'étude analytique des systèmes diérentiels, à l'aide de solutions asymptotiques du temps, fait l'objetduchapitre6.Ellemontrel'évolutiondessolutionspourdestempslongsetlacohérencedes solutionsnumériquesobtenues.

L'expérimentation numérique, présentée au chapitre 7, montre le bon comportement quantitatif du modèle. Elle permetégalement de déterminer les principauxparamètres (conditionsinitiales, paramètresphysiqueset paramètresdecontrôle)quigouvernentle développementdynamiquedes écoulementsainsiquelaformationdesdépôts(prolet extension).

Ladernière partie apourbut devalidernotredémarcheàl'aided'uneméthodeinverse,elleprésente desapplicationsàdescasréels.

Dans le chapitre 8,nous recherchons,à l'aide d'expériences sur des modèlesréduits en canal im-mergé,lesparamètresphysiqueset/oulesconditionsinitialesassociésaumodèle.

Enn, au chapitre 9, l'étude de l'eondrement de terrain de Nice 1979 permet de tester et de proposerdiversscénariosd'écoulementset devalidercertaineshypothèses.

Sur la sédimentation gravitaire

Les phénomènes de sédimentation sous l'action de la gravité sont complexeset font appel à deux grandesdisciplines:lamécaniquedesuidesetlagéologie.Ilsontétéétudiéstantpardesingénieursetdes hydrodynamiciensquepardesgéologues.L'étudedecesphénomènesaengendréuneréellecommunication interdisciplinaire.

Lalittératuredechacunedeces disciplinescontientdenombreusesréférencesàdesarticlesd'autres disciplines.Cependantlenombreimportantdepublicationsainsiqueladiversitédesapprochesconduità unecertaineconfusiondanslesdénitions.C'est ainsique,bienquedenombreusesclassicationssoient proposéespourlesphénomènesagissantseneauxprofondes,celles-cinesontpastoujourstrèscohérentes. Pourcetteraison,lepremierchapitrereprendquelquesnotionsdebasesurlesprocessussédimentaires enmilieumarinprofond.Ilseraconsacréàladescriptiondesmécanismesdetransportetdesupportdes sédiments.À l'issuede cettepremièreétape,faisantle pointsur laterminologiedesphénomènes, nous seronsenmesurededéniruneclassicationgénéraledesécoulementsgravitaires.

Le chapitre2 présentera une revue non exhaustivedes diérentes approchesutilisées enmécanique pourmodéliserlesécoulementsgravitaireset leursdépôts.

mais lemouvement lamodèle sans cessediéremment. San-Antonio.

Chapitre 1

Classication des processus de

sédimentation en eaux profondes

Les diérents matériauxet écoulementsse combinenten plusieursclasses demouvementde masse. Unerevue despublicationsrévèlequ'il existeune grande variété declassicationsdes processus et des mécanismesassociés.Nousproposonsdedétaillericilescaractéristiquesdeces écoulements.

Ladescriptiondelastructureet descaractéristiquesdesdépôtsdesécoulementsestreportéeà l'an-nexeA page 251. Elle permetde mieux comprendrel'imbricationentre les processus gravitaires et les dépôtsquienrésultent. Sommaire 1.1 Processus deresédimentation . . . 9 1.2 Glissementsdeterrain. . . 11 1.3 Écoulements àdébris . . . 11 1.3.1 Source . . . 12 1.3.2 Composition. . . 12 1.3.3 Prol. . . 12 1.3.4 Vitesse . . . 14 1.3.5 Pente. . . 14 1.3.6 Mécanismesdesupportdesparticules . . . 14 1.4 Couléesdeboue . . . 18 1.5 Écoulements engrains . . . 18 1.6 Écoulements uidisés . . . 18 1.7 Courants turbiditiques. . . 18 1.7.1 Source . . . 19 1.7.2 Prol. . . 21 1.7.3 Vitesse . . . 22 1.7.4 Dimensioncaractéristique . . . 22 1.8 Classicationhydromécanique . . . 23 1.8.1 Suspensionsdesédiments . . . 23 1.8.2 Écoulementshyperconcentrés . . . 23 1.8.3 Écoulementsgranulaires . . . 23 1.9 Conclusion . . . 24 Onpeutclasserentroisgrandsgroupeslesphénomènescapablesd'éroder,detransporteretdedéposer desmatériauxeneaux profondes:

T ab. 1.1  C lassication et dénition d es pro cessus de dép ô t e n eaux profondes ; Estimation d e l eurs caractéristiques p h ysiques. (T raduit d'après Sto w [1986]). Pro cessus de Mécanisme d e t ransp ort P en te Dimensions Concen trations Vitesse Durée Distance T aux d e dép ô t et de supp ort d es en cm / s de sédimen tation sédimen ts ( km / h ) transp ort mo y en (km) Resedimen tation 1 Elastique 2 Ch ute d e p ierres Ch ute l ibre et éb oulemen t P en te F ragmen ts Solide Ch ute libre ?m i n àh <0.5 Elev é (Ro c k fall) de blo cs et de clastes, très >10 m pas de déformation i nertielle raide des fragmen ts Reptation des s ols Len te déformation e t P en te 2080 m  S olide  T rès len t Semi-con tin u ?< 0 . 5 Comme (Sedimen t c reep) mouv emen td e p e n te mo dérée d'épaisseur (imp erceptible) po u r le long d'une z one le milieu de décollemen td û àl ac o n train te induite par la c harge a v ec faible déformation inertielle Glissemen t o u S lide F racture d e cisaillemen t >en viron 1 o Max. 300 k m 2 Presque ? ?h 0.001 ?100 Elev é (Slide) le long de plans 500 m solide de cisaillemen t discrets, d'épaisseur a v ec faible déformation inertielle Slump F racture d e cisaillemen t >en viron 1 o Idem Presque ? ?h 0.001 ?100 Elev é accompagnée d e r otation ci-dessus solide le long de surfaces discrètes d e c isaillemen t Plastique 2 Écoulemen t à débris Cisaillemen t distribué >en viron 1 o Jusqu'à qq. Boue dense ?120 (0.72) ?h ? Max. 350 Mo déré (Debris o w) partout d ans l a m asse dizaines d e m à des sédimen ts, d'épaisseur élev é écoulemen t plastique len t, supp orté par l a ottabilité des clastes, et la rigidité de la matrice Fluide visqueux 2 Écoulemen tg r a n ulaire Écoulemen t quasi-visco-plastique >18 o Jusqu'à qq. cm P eu de P eu de ?m i n àh ?< 0 . 1 N'op ère p as (Grain  o w) de grains non-cohésifs, d'épaisseur données données habituellemen supp orté par l a pression disp onibles disp onibles comme de disp e rsion, et des é v énemen ts un pro c essus lo caux de p e tite éc helle indép endan t Écoulemen t uidisé Écoulemen t h autemen t visqueux >3 o <10 cm P eu de P eu de ?m i n àh ?< 0 . 1 N'op ère p as (Fluidized o w) de courte durée, d'épaisseur données données habituellemen de grains non-cohésifs, disp onibles disp onibles comme supp orté par l e m ouv emen t un pro c essus ascendan td el ' e a u i n terstitielle indép endan t Écoulemen t liquéé Sédimen t n on-cohésif, >en viron 0 .5 o  P eu de P eu de ?m i n àh ?< 0 . 0 5 N'op ère p as (Liqueed o w) supp orté par l 'éc happ emen t d'épaisseur données données habituellemen ascendan td el ' e a u i n terstitielle disp onibles disp onibles comme lorsque le couran tr a l e n ti et gèle. un pro c essus T rès faible vie indép endan t suite à la page suiv an te 1. Resédimen tation ( = T ransp o rt de masse gra vitaire) 2. Comp o rtemen t m écanique

suite d e l a p age p récéden te Pro cessus de Mécanisme de transp ort P en te Dimensions Concen trations Vitesse Durée Distance T aux d e dép ô t et de supp ort d es en cm / s de sédimen tation sédimen ts ( km / h ) transp ort mo y en (km) Couran t d e t urbidité Écoulemen t f aiblemen t visqueux >en viron 0 .5 o Longueur et largeur 50250 g/l Max. 250 ? hà1 j o u r Jusqu'à 5c m à 5m (haute densité) de diéren ts t yp es de grains jusqu'à des (9) en viron 1000 par T urbidit y c urren t supp ortés dizaines de km, 1000 ans (high d ensit y) par l a turbulence du uide épaisseur jusqu'à des cen taines d e m ètres Couran t d e t urbidité Ecoulemen t t rès f aiblemen t Presque Idem 0.0253 g/l Mo y enne 1030 ? h à q q. jours Jusqu'à 5c m à 5m (basse d ensité) visqueux de diéren ts t yp es aucune (0.361) plusieurs par T urbidit y c urren t de grains supp ortés pe n te milliers 1000 ans (lo w d ensit y) par l a turbulence du uide Normal b ottom curren ts 3 Fluide visqueux 4 Marées et v agues Sédimen ts susp endus par Aucune p e n te Jusqu'à qq. ? 5300 Couran ts ? T rès f aible in ternes la turbulence d u uide dizaines d e m (0.1810.8) semi-con tin us, (In ternal t ides créée par d es oscillations d'amplitude a v ec and w a v es) de mo y enne à g rande é c helle p ério dicité aux d iscon tin uités de densité marquée dans les quelques m ètres sup érieurs d'une c olonne d'eau. Couran ts normaux Essen tiellemen t V ers l a haut Jusqu'à qq. ? <0.3 mg/l 030 ( 1) Couran ts Jusqu'à F aible de can y on écoulemen t d'eau limpide, et le bas dizaines d e m semi-con tin us, plusieurs (Normal c an y on v ers le haut et le bas d e p en te de p e n te d'épaisseur a v ec cen taines curren ts) des c an y ons e t d es c henaux, <qq. o p ério dicité p é rio d icité d e m arée marquée ou plus é lev ée, susp e nsion d e p etits s édimen ts par l a turbulence du uide Couran ts de fond Ecoulemen t p rofond, l en t, Aucune Largeur 0.0250.25 mg/l Max. 200 Couran ts Jusqu'à <10 c m (con tour) et essen tiellemen t d 'eau limpide, pe n te jusqu'à qq. (7.2) semi-con tin us, plusieurs par (Bottom (con tour) conduit par l a c irculation ou dizaines de km, Mo y enne 10 a v ec milliers 1000 ans curren ts) thermique des e aux marines, pe n te épaisseur (0.36) p ério dicité p e ut être a sso c iée à l a c ouc he mo dérée jusqu'à marquée néphéloïde basse des cen taines d e m Couran ts profonds Ecoulemen t p rofond, l en t, Aucune Idem ?Idem ?Idem Couran ts ?Idem ?Idem (Deep surface curren ts) essen tiellemen t d'eau limpide pe n te ci-dessus ci-dessus ci-dessus semi-con tin us, ci-dessus ci-dessus qui s on t l a p artie p rofonde ou a v ec des c ouran ts o c éaniques pe n te p ério dicité de surface conduits p ar le v en t mo dérée marquée P elagic settling Fluide visqueux 4 Sédimen tation Sédimen tation v erticale  dép ôt à tra v ers Extrêmemen t T aux de Semi-con tin u P as de En mo y enne p élagique de grains,  o c ons des colonnes d'eau faible sédimen tation transp ort <1 cm (P elagic settling) et gran ules individuels de cen taines = 0.0020.005 horizon tal par àt r a v ers à milliers d e m (ou plus 1000 ans une colonne d'eau si o culation) 3. Normal b o ttom curren ts ( = Couran ts de fond semi-p ermanen ts). 4. Comp o rtemen t m écanique

2. lescourantsdefondsemi-permanents;

3. lescourantssupercielsavecdécantationpélagique.(cf. Figure1.1page6).

Cetteclassicationestbaséesurlecomportementmécaniquedel'écoulement(variantd'élastiqueàuide visqueux en passantpar plastique), lesmécanismes de transport et de support des sédiments. (cf. T a-bleau1.1 page7).

Il ne faut toutefois pas perdre de vue que les diérents processus listés dans cette classicationne constituentenfaitqu'unepartiedesphénomènesréels.Danslaréalité,lesdiérentsprocessusdetransport et de dépôt peuvent opérer simultanément, successivement ou individuellement comme l'ont montré expérimentalement Middleton [1966a,b, 1967] et Ravenne et Beghin [1983] (cf. gure 1.2). Ainsi un

Fig.1.2Interactionetcontinuitédesprocessusopéranteneauxprofondes,enrelationavecleurprincipal dépôtsédimentaire(cf.annexeApage251).L'échellehorizontalecorrespondautempset/ouàladistance de la source, l'échelle verticale descendante à la concentration de l'écoulement. Les faciès idéalisés qui résultentdu dépôtdesdiérents événementssont égalementindiqués(d'aprèsPickering etal.[1986]).

changementdel'étatphysiquedelamassedessédimentsparrupturedelacohésiondesgrainsetparune importanteincorporationd'eau,entraîneraunetransitiond'unécoulementparglissements(slides)àun processusdecourantsgravitaires.Latransitiondel'écoulementàdébris(debris-ow) enunécoulement liquééouuidiséetenuncourantturbiditiquesefaitparplusieursremodelagesetdilutionsducourant. Ennpourdetrèsfaiblesconcentrationsetdetrèsfaiblesvitesses,uncourantturbiditiquepeutêtre déviédesatrajectoireparlaforcedeCoriolis.Àcestadel'écoulementpeutêtreclassédanslescourants defondoucourantsdecontourquisontplutôtgouvernésparlacirculationthermiquedeseauxmarines profondesqueparleseetsgravitairesdeleurchargeensédiments.

1.1 Processus de resédimentation

Dansl'appellation processusderesédimentation,oninclutdonctouslesprocessus quidéplacent pardesforcesgravitationnelles,verslebas,surlefonddelamer,dessédimentsd'uneeaupeuprofonde àune eau plus profonde. Parmi ces processus de resédimentation, la plupart présentent des analogies

aveclesprocessusdepentesurlecontinent,lesavalanchesdeneige[Hermannetal.,1993;Naaim,1995], et avec les processus pyroclastiques des éruptions volcaniques explosives[Delinger, 1987; Valentine et Wohletz, 1989].Cesderniers ontété abondammentétudiéspar lesgéomorphologues,lesvulcanologues, ainsique parlessédimentologues.Onnoteratoutefois qu'àladiérencedes courantsocéaniques etdes euves,oùletransportdesparticulesestassuréparlesmassesd'eau,danslesécoulementssédimentaires gravitairesc'est l'excèsde chargedû auxsédimentsen suspension qui,sousl'inuencede lapesanteur, engendrel'écoulementetdéplacelesmassesd'eaudanslesquellescessédimentssontdispersés.L'eauest danscecasunpartenairepassifdanslemélange.

Ces processus de resédimentationontété étudiéssousdiérentsaspects: desexpériences en labora-toire,quelquesobservationsdirectesd'événements,dessimulationsnumériquesetdesanalysesdesdépôts résultants. Il est évident que dans la nature, lesprocessus de resédimentation sont extrêmement com-plexes,etnesontpasfacileàmodélisermathématiquement.Cependantquelquespropriétésimportantes sedégagent:

Le comportementmécanique: Lesmouvementsdemasse(mass-ows) commeleséboulisrocheux, les glissementsde terrain, sont caractériséspar un comportementgénéral élastique.Les couléesde dé-bris boueux (debris-ows) se comportent de manière plastique. Les courants gravitaires, incluant les écoulementsgranulaires(grain-ows),lesécoulementsliquéés(liqueed-ows),lesécoulementsuidisés (uidized-ows) etlescourantsturbiditiques(turbidity currents)relèventd'uncomportementprochedu uidevisqueuxavec toutefoisdesviscositéstrèsvariables.

Lacohésionou non-cohésiondesmatériauximpliqués: Danslanature,lesmatériauximpliqués danscesphénomènessontgranulaires,noncohésifs(ex.sable,gravier)ouàdominantecohésive(ex.argile, boue).Celainuenceletypedemouvementetdecomportement.Lessédimentsboueuxonttendanceau glissementplutôtqu'àl'éboulement.Encequiconcernelesphénomènesnoncohésifs,commeparexemple lesdebris-owssableux, deuxparamètressupplémentairesinterviennent:les forcesde frottement et les collisionsentrelesgrains(mécanismedesupport).Cesdernierscoulerontdoncmoinsloinqueles debris-owsboueux,quieuxsontcohésifs.Làencore,laplupartdesécoulementsnaturelsontuncomportement mixte:granulairecohésif.

Lesmécanismesdesupportdessédiments: L'écoulementdumélangeeau-sédimentscontinuetant quela contraintede cisaillementgénérée parlemouvementest supérieureàlarésistancedefrottement de l'écoulement,et tantquela chutedes grainsou desclastesest empêchéepar undesmécanismesde support[Pickering,Hiscottet Hein,1989].Cesmécanismespeuventêtre:

 Laturbulenceduuide,àgrandnombredeReynoldsetnombredeFroudedensimétrique(inverse delaracinecarréedunombredeRichardson)plusgrandquel'unité;

 Leottementdesclastesinduitparlamatricehautedensitéducourant;  Lapressiondedispersionproduiteparlescollisionsinter-granulaires;

 Lemouvementduuidecrééparlasurpressiondueauliquideinterstitiel,prisonnierous'échappant despores;

 Lesforcesinternes,defrictionoudecohésiondelamassedessédimentsenmouvement.

Lors des premièresdénitionsdes courantssédimentaires gravitaires,ladistinction était faite entre quatreprocessus: lesécoulementàdébris,lesécoulementsliquéés (originellementappelésécoulements uidisés),lesécoulementsengrainsetlescourantsturbiditiques[MiddletonetHampton,1973].Onpeut égalementtrouverdesdénitionsbaséessurlanaturerhéologique,lacompositionet laconcentrationdes écoulements(cf.gure1.3pageci-contre).Danscespublicationslestermesmudowsetdebrisows sont parfoisemployésindiéremment.

Nous allonsmaintenantdétaillerlescaractéristiquesdes processus deresédimentation listésdans le tableau1.1page7.Nousnousattarderonsplusparticulièrementsurlesécoulementsàdébrisetlescourants turbiditiquesquibienqu'imbriquéset passantparlesétats d'écoulementsliquéés et d'écoulementsen grainsapparaissentêtrelesseulsécoulementscapablesdetransportsurdelonguesdistancesetdefaibles pentes. Ilsprésententdoncunintérêtmajeurdupointdevuegéologique.

Fig.1.3Diagrammede dénitiondescourantssédimentaires gravitaires:écoulementàdébris (1,2, 3, 4;cf.section1.3),Grain-ow,Courantturbiditique.Comportement:C=cohésif-plastique,V= visqueux-uide, G= granulaire-collisionnel. L'écoulement s'approche dupôle C par augmentation de soncontenu enargiles,dupôleVparaugmentationdesoncontenueneau,dupôleGparaugmentationdesoncontenu enclastes, etdutauxdecisaillement (d'après Shultz[1984]).

1.2 Glissements de terrain (slides)

Ce sont des écoulements rocheux constitués par le mouvementde matériauxrelativement non consolidés,avecdediérentessortesdefragmentsderochedetaillevariable.L'écoulementestcaractérisé par des fractures de cisaillementle long de plans de cisaillementdiscrets avec de faiblesdéformations inertielles.

1.3 Écoulements à débris (debris ows)

Normalement,le termedébris-ow indiquela présence de fragments dontla tailleprésente une grandevariationallantdensàgrossiers.

Lesécoulementsàdébrissontdesdispersionsdesédimentshautementconcentrés,fortementvisqueux dans lesquelsdes élémentshétérogènes (sables,graviers,galets et blocs) sont maintenus en suspension parunematriceargileuse.

Lecisaillementest distribuépartoutdanslamasse;ces écoulementspossèdentune limitederigidité etontuncomportementd'écoulementplastique[Hampton,1972].Lesécoulementàdébrissubaquatiques présentent de nombreuses analogies avec les processus de pente sur le continent, avec les avalanches deneige lourde[Sampl, 1993],et avecles processuspyroclastiques deséruptionsvolcaniquesexplosives [Battaglia,1993;Delinger,1987].

Les écoulement à débris sont le résultat d'un certain type de rupture de pente. Hampton [1972] a montré qu'ils constituaient le lien logique entre les slides de haute densité (1,52,4 g
cm

3 ) et les courantsturbiditiquesdebasse densité(1,031,12g
cm

3 ).

En eet,lorsquelesdébrisparcourentlapente sousforme deglissements(slides), ilsaccumulentde l'eau,puis seliquéentou sedilatent,augmentantainsi lamobilitéde l'écoulement.Onpasse alors de l'écoulement nomméavalanche àdébris (debris avalanches) àl'écoulementnommé écoulementà