Rhéologie des matériaux géophysiques - Florent GIMBERT

Sujet de thèse : Deux approches pour l’étude de la rhéologie des matériaux géophysiques tels que la banquise et les milieux granulaires.

Soutenance le 7 novembre 2012.

Encadrants : Jérôme Weiss (LGGE) et David Amitrano (IsTerre)

Collaborateurs : David Marsan (IsTerre), Gael Combe (3S-R), Nicolas Jourdain (UNSW).

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Résumé :

Figure : Composante de cisaillement du tenseur des déformations calculée à partir des déplacements de surface de la banquise Arctique. Ces déplacements sont calculés par le RGPS du 10 au 16 Novembre 1996.

La banquise Arctique et les milieux granulaires présentent un point commun majeur : ce sont, au même titre que la croute terrestre, des matériaux constitués de particules solides frottantes pour lesquels on observe un comportement mécanique de déformations irréversibles très riche, pouvant varier d’un comportement fragile fortement intermittent dans le temps et dans l’espace, associé à une déformation qui se concentre le long de zones de cisaillement très marquées, à un comportement fluide, où le déplacement moyen peut être décrit comme un fluide visqueux.

Deux approches distinctes sont communément mises en œuvre pour l’étude des déformations irréversibles. D’une part, un formalisme mathématique peut être développé en utilisant une approche continue de manière à rendre compte des différents processus de déformation. Généralement, l’échelle spatiale d’analyse est supérieure à la taille des hétérogénéités du milieu, de manière à homogénéiser son comportement. C’est précisément ce cadre d’analyse que nous adoptons dans le cas de la banquise. Un modèle analytique simple nous permet d’accéder et de quantifier, à partir de données cinématiques, la résistance mécanique interne de la banquise, donc de caractériser sa rhéologie.

D’autre part, une approche alternative physique statistique vise à considérer la multiplicité des échelles de temps et d’espace en étudiant comment les marqueurs de rupture tels que les séismes observés dans la croûte terrestre ou la formation de ’’linear kinematic features’’ observés dans la banquise résultent de l’interaction d’événements plastiques localisés observés à diverses échelles. C’est ce formalisme que nous adoptons pour l’étude du comportement mécanique de milieux granulaires frottants sous chargement biaxial. L’analyse de la réponse dynamique de ces matériaux modèles simples nous permet de mieux comprendre les liens qui unissent les propriétés microscopiques au comportement mécanique macroscopique de ces assemblages.