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Phénomène de nucléation des séismes : Approche expérimentale par le cisaillement d'une farine de faille modèle
Pour caractériser certains comportements des gouges de failles, des travaux à l'Appareil de Cisaillement Simple Annulaire ont été réalisés. Ils consistent à cisailler un modèle de gouge épaisse sur des distances plurimétriques. La diminution progressive, à grand déplacement, du frottement apparent est représentée par une nouvelle loi puissance qui prend en compte le niveau de confinement et dans laquelle l'effet de l'eau est négligeable. Les perturbations en déplacement, en dessous d'un certain seuil, en vue de relâcher le cisaillement, induisent une cicatrisation lors de la recharge où l'on a mis en évidence le rôle des déformations volumiques, et plus particulièrement la dilatation empêchée de la bande de cisaillement. Par ailleurs, la variation du confinement, sous forme sinusoïdale ou par paliers, entraîne une déformation volumique et une variation du cisaillement proportionnelles. Ces perturbations ont peu d'influence sur un échantillon ayant subi dans son passé un confinement supérieur à celui pratiqué par les variations. Les variations sinusoïdales se font sans déphasage et sans qu'il y ait résonance ; l'effet de la période est plus présent à faibles valeurs (< 20 s). La bande de cisaillement montre une réduction importante de sa perméabilité à l'eau attribuée à la production de fines particules résultant du broyage des grains de sable. Un nouveau dispositif permet d'avoir accès à des mesures de la pression normale au voisinage de la bande de cisaillement pour une interface rugueuse. La comparaison avec les travaux antérieurs sur une interface lisse conduit à une convergence satisfaisante ; une exception importante est le cas des phases d'adoucissement à long terme. La réponse globale des essais semble résulter de l'interaction entre la bande de cisaillement et le reste de l'échantillon.

2010-03-08
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Ecole des Ponts ParisTech
Gouge de faille – cisaillement annulaire – coefficient de frottement – cicatrisation – perméabilité
Seismic nucleation phenomenon: experimental approach by a synthetic fault gouge model
Experimental investigations are carried out in order to characterize behavior of fault gouges. We use a cylindrical shear apparatus with a thick synthetic fault gouge sheared over plurimetric slip distance. The progressive slip-weakening of apparent friction is modeled by a new power law which takes into account confinement level without any notable effect of water. Shear stress release imposed by slip perturbation induces a systematic healing at reloading when the perturbation is greater than a certain threshold. This healing should be related to the prevented dilation of the shear band of localized deformation. Moreover, sinusoidal or steps variation of confinement induces proportional volumetric strain and shear variation. The sinusoidal confinement perturbation takes place without time lag and any resonance phenomena. The effect of variation period is observed at small values (< 20 s). Furthermore, the confinement variation has little influence on a sample already submitted to a confinement level greater than that covered by the variation. Interestingly, measurement during slip of hydraulic conductivity of the shear band shows a large reduction related to fine particles produced by grains crushing. Thanks to a new device, normal stress estimation at rough interface indicates comparable behavior to previous studies on smooth interface. An exception appears for large slip weakening phases.The general behavior of experiments seems to depend particularly on the interaction between the shear band and the surrounding soil.
Fault gouge – annular shear – friction coefficient – healing – hydraulic conductivity
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MEMOIRE-Y.M-V-FINALE-27.04.2010.pdf(23.9 MB)
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