Tectonique

Responsable d’équipe

Loïc LABROUSSE

L’équipe TECTONIQUE regroupe, au sein de l’ISTeP, les collègues qui s’intéressent aux déformations et à la mécanique des matériaux terrestres des échelles de la zone de faille et du cycle sismique à celles de la lithosphère et du cycle orogénique. Prenant racine dans une approche quantitative sur le terrain, par les outils de la géomorphologie, de l’analyse structurale et de la datation, notre démarche de recherche se prolonge par diverses approches de modélisation, thermochronologique, mécanique ou thermo-mécanique. Elle puise aussi dans l’approche expérimentale les données nécessaires à la détermination de la rhéologie court ou long terme des matériaux crustaux essentiellement. Les objectifs ultimes de notre recherche vont de la compréhension de l’aléa (sismique) au traçage des fluides, des flux d’énergie et de matières profonds et superficiels au sein des systèmes orogéniques, dans la perspective de leur impact en terme de ressources, par exemple.

Axes

Axe 1 : Mécanique des failles et aléas

 Par une approche pluridisciplinaire (terrain, géodésie, modélisation numérique, analogique) nos travaux de recherche ont pour but de déterminer quels sont les processus et les propriétés qui contrôlent le comportement sismique ou asismique des failles actives.

 Dans la partie cassante de la croûte, les zones de failles sont des structures complexes qui accommodent la déformation par des vitesses de glissements variables, s’étendant sur plusieurs ordres de grandeur, du millimètre par an au mètre par seconde. En réponse à ses forçages, les propriétés physiques des failles évoluent sur des échelles de temps allant de quelques secondes à des millions d’années. En conséquence, l’étude des processus sismiques/asismiques et de l’aléa associé est fondamentalement multidisciplinaire. Cela nécessite un aller-retour permanent entre les informations fournies par l’analyse structurale et les données géodésiques et les approches théoriques testées via des expériences numériques ou de laboratoire. La force de l’équipe TECTONIQUE est de proposer ces différents angles d’attaques tout en faisant le lien entre les processus dits « court-termes » et « long-termes » grâce à cette batterie d’outils :

• Modèles numériques
  Différents outils sont développés et/ou utilisés par les membres de l’équipe : des modèles ‘court-terme’ : modèles de cycle sismique, simulations de séismes et d’endommagement, et des modèles ‘long-terme’ : mécanique et thermo-mécanique.
• Géodésie
  Utilisation de données géodésiques et sismiques (InSAR, GPS, extensomètres, leveling, etc…) afin de déterminer les vitesses de glissement sur les failles actives.
• Géologie structurale
  Analyse macro- et micro-structurale des zones de failles afin de déterminer les propriétés physiques et les mécanismes permettant d’accommoder la déformation observé
• Expériences analogiques
  Modélisation analogique des failles, pour comprendre la distribution de la déformation et les relations entre géométrie et comportement sismique.
• Aléa
  Estimations des zones couplées et du temps de récurrence des séismes à partir de l’analyse géodésiques, d’analyse mécanique, d’étude de la propagation des ondes sismiques en milieu fracturés avec PGA associé

Axe 2 : Orogènes et flux de matières

L’axe orogène et flux de matière s’attache à quantifier les flux de matières sortant des orogènes et à les corréler aux processus et paramètres susceptibles de les contrôler : climat, conditions aux limites cinématique, héritage …

 Les données quantitatives sur les flux de matière sortant des orogènes, par la thermochronologie basse température notamment, sur les volumes de sédiments dans les bassins, sur les sources de ces sédiments et donc sur les bilans « source to sink » se multiplient dans la littérature. Certains membres de l’équipe travaillent sur différents orogènes depuis l’évolution de leur morphologie jusqu’à ces bilans source to sink dans différents orogènes (Alpes, et dans une moindre mesure Pyrénées, Bétiques). Dans cet axe de recherche, nous proposons de discuter les flux de matière à partir des bilans à l’échelle de l’orogène alpin sur lequel nous travaillons activement et des autres orogènes dans le monde (orogènes actifs: Andes, Himalaya par exemple, autres orogènes: Pyrénées…) afin de déterminer les points communs, les différences majeures et les données critiques qui restent à acquérir. L’idée de cet axe est une réflexion régulière et en groupe sur ces thèmes. La philosophie est de tenter de co-construire à la fois une synthèse des données relatives à ces sujets mais aussi une expertise de groupe. Ce travail nous permettra à terme de discuter les rôles respectifs du climat, de la rhéologie de la lithosphère, de la cinématique des plaques en jeu et de l’héritage structural et thermique sur les flux de matières dans les orogènes, potentiellement au travers d’un projet ANR.

Axe 3 : Changements d’échelle et rhéologie de la lithosphère

L’axe changements d’échelle et rhéologie de la lithosphère s’attache à tester la pertinence des paramètres rhéologiques déduits des expériences aux échelles de temps et d’espace naturels, par une approche de modélisation numérique jusqu’à l’échelle lithosphérique.

Figure Axe 3 : modifié de Ioannidi, Le Pourhiet et al., EPSL, 2021 : localisation de la déformation dans un mélange de quartz et de basalte à différentes conditions de pression et de température.

Parmi les paramètres d’entrée des modèles thermo-mécaniques, les propriétés pétrophysiques, frictionnelles et rhéologiques des matériaux proviennent de données expérimentales acquises à des échelles de temps et d’espace restreintes et sur des matériaux analogues simples. Les transposer aux échelles de l’affleurement puis de la lithosphère, sur des matériaux réactifs complexes, interagissant entre eux et avec des fluides, motive les approches de modélisation thermiques, mécaniques ou thermo-mécaniques couplées menées au sein de l’équipe TECTONIQUE. Pour cela nos différents projets sont l’occasion de varier les codes et d’optimiser les méthodes de résolution numérique pour tester de façon aussi exhaustive que possible l’effet de ces paramètres et des conditions aux limites sur la structure thermique et l’architecture des zones de localisation de la déformation en contextes de convergence, divergence et décrochement aux échelles pertinentes pour reproduire les observables de validation des modèles. Les enjeux sociétaux de compréhension des processus à l’origine des ressources minérales ou énergétiques (géothermie, hydrogène) sont autant d’opportunité de développement des outils numériques et conceptuels de cet axe de recherche.

Les membres de l’équipe Tectonique

Responsable d’équipe : Loïc LABROUSSE (Professeur des universités)

Ingénieurs associés au programme de recherche : WOLF Sylvie

Liste du personnel permanent :

Emérites et collaborateurs bénévoles :

Les Post-Doc :

Les Doctorants :