Les expériences réalisées en laboratoire rendent bien compte du comportement des failles à grande échelle

Les mesures réalisées en laboratoire sur les paramètres de friction des roches de failles sont-elles représentatives des modes de glissement observés sur le terrain ? Une nouvelle étude, focalisée sur la Faille de la Vallée Longitudinale à Taiwan montre qu’effectivement, les mesures en laboratoire reflète correctement le comportement des failles à grande échelle et que ces résultats sont pertinents pour construire des modèles.

Tremblement de terre ou glissement asismique : des modes de glissement variés

Les failles actives peuvent présenter différents comportements en réponse aux contraintes tectoniques. Si certaines vont rompre brutalement, de façon épisodique en générant des tremblements de terre, d’autres vont au contraire glisser lentement, de façon continue et asismique. Dans ce dernier cas on parle de fluage. Sur le terrain, ces deux modes de glissement produisent des mouvements en surface différents, quantifiables grâce aux méthodes géodésiques. Pour interpréter ces données en terme de glissement sur la failles, les modèles reposent en général sur des expériences réalisées en laboratoire, à partir d’échantillons de roches. Mais peut-on supposer que les résultats issus de ce genre d’expérimentation, à petite échelle, sont représentatifs du comportement d’une faille d’échelle lithosphérique ?

S. A. M. den Hartog, M. Y. Thomas et D. R. Faulkner, de l’Université de Heriott-Watt à Edinbourgh , de Sorbonne Université et de l’Université de Liverpool se sont penchés sur cette question. Les trois chercheurs se sont basés sur le cas de la Faille de la Vallée Longitudinale (LVF), à Taiwan. Ils ont comparé les valeurs de friction obtenus en labortatoires, sur des échantillons de la gouge de faille, à ceux obtenus en analysant les observations géodésique, de terrain.

La LVF court le long de la côte est de Taiwan et marque notamment la suture entre l’Eurasie et la plaque Philippine. Elle représente un excellent cas d’étude dans ce contexte puisqu’elle présente des variations du mode de glissement. Elle se caractérise par du fluage asismique près de la surface mais est également capable de produire des séismes de magnitude (Mw) supérieures à 6,8. Les variations spatiales et temporelles du mouvement de cette faille sont de plus bien déterminées grâce à de nombreuses mesures géodésiques, permettant une comparaison avec les mesures réalisées en laboratoire.

Une bonne prédiction du comportement observé sur le terrain

Des roches de faille (gouges) ont ainsi été échantillonnées au niveau de différentes zones représentatives d’un mode de glissement particulier : zones caractérisées par un blocage partiel de la faille et zones caractérisées par un fluage continu asismique. Les échantillons ont ensuite été soumis à des tests de déformation triaxiale.

Les résultats, publiés dans la revue Journal of Geophysical Research : Solid Earth montrent que les mesures réalisées en laboratoire prédisent correctement le comportement réel de la faille. Les échantillons des zones à fluage et des zones bloquées ont d’ailleurs des comportements très différents, et sont sensibles à la température in situ. On note également que les coefficients de frictions mesurés sont notablement plus élevés pour les zones à blocage partiel.

Les variations des paramètres de friction observées en laboratoire sont généralement associées à des variations de pression des fluides, de la contrainte normale effective et en particulier à des variations minéralogiques. La teneur en argile est d’ailleurs un paramètre particulièrement important. Les failles riches en argile sont généralement caractéristiques du fluage. À l’inverse, des failles pauvres en argiles ont plutôt tendance à favoriser des glissements instables et la génération de séismes. Au niveau de la LVF, le paramètre contrôlant les variations du mode de glissement le long de la faille est cependant mal contraint, la minéralogie étant plutôt similaire entre les zones à fluage et les zones partiellement bloquées.

Les nouvelles analyses minéralogiques et microstructurales des roches de faille issues des différentes zones de la LVF apportent de nouvelles données sur ce point. Les auteurs suggèrent notamment que les différents modes de glissement sont contrôlés par la présence et à la distribution de kaolinite (argile).

Les mesures à petite échelle en laboratoire semblent donc capables de refléter correctement les propriétés intrinsèques des failles à grande échelle. L’expérimentation en laboratoire apparait donc comme pertinente pour prédire le comportement d’une faille sur le terrain.

Morgane Gillard

Pour plus de détails : den Hartog et al, 2021. How do laboratory friction parameters compare with observed fault slip and geodetically derived friction parameters? Insights from the Longitudinal Valley Fault, Taiwan. JGR Solid Earth, 126, e2021JB022390. https://doi.org/10.1029/2021JB022390