TECTONIQUE CASSANTE I. Aspects généraux.

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1 TECTONIQUE CASSANTE I. Aspects généraux

2 Compression fracture:
I. TYPES DE FRACTURES FRACTURE EN CISAILLEMENT FRACTURE EN TENSION FRACTURE EN COMPRESSION Compression fracture: Stylolite

3 I. TYPES DE FRACTURES

4 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Les problèmes a résoudre : σy Pour un champs de contraintes Au delà de quel seuil de contrainte différentielle une fracture va-t-elle apparaître ? Selon quel plan la fracture va-t-elle apparaître ? Que va-t-il se passer après ? σx ?

5 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Contraintes normales et tangentielles y z n T sn.n t x b n : contrainte normale : Vecteur « contrainte normale » :contrainte tangentielle : Vecteur « contrainte tangentielle »

6 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Contraintes normales et tangentielles σy Pour un champ de contraintes Au delà de quel seuil de contrainte différentielle une fracture va-t-elle apparaître ? Selon quel plan la fracture va-t-elle apparaître ? Que va-t-il se passer après ? τ σn σx

7 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
CRITERE DE COULOMB Contrainte effective Pression de pore Vecteur contrainte tangentielle Cohésion Vecteur contrainte normale Angle de friction interne coefficient de friction interne

8 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
CRITERE DE COULOMB Instable Stable C

9 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
CRITERE DE COULOMB Instable Rupture Stable C

10 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Contraintes normales et tangentielles σy Problème : Pour un couple de contrainte (σx,σy) τ σn σx Quel plan va porter la facture ? θ Cercles de Mohr-Coulomb

11 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D (cas général) σy y τ σn σx n θ b θ x

12 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D (cas général) n θ y x b Vecteur contrainte appliqué a la surface : Contrainte normale a la surface : Contrainte tangentielle a la surface :

13 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D (cas général) Contrainte normale : n θ y x b Contrainte tangentielle :

14 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D Comme : n θ y x b On peut écrire : Or on remarque que :

15 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
C’est l’équation d’un cercle De centre : σn Et de rayon : Dans le repère

16 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σt σ3 σt max τ σn σ1 θ 2θ σ3 σ1 σn

17 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σ3 σt τ σn σ1 θ=60º 2θ=120º 30º σ3 σ1 σn

18 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σ3 σt σ1 2θ=300º 150º σ3 σ1 σn N’oublions pas l’autre plan !

19 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σ3 σt σ1 30º σ3 σ1 σn 2θ=120º N’oublions pas l’autre plan !

20 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σt σ3 STABLE σ1 σ3 σ1 σn PAS DE RUPTURE

21 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σt σ3 RUPTURE σ1 σ1 σ3 σn RUPTURE

22 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Cercle de Mohr-Coulomb 2D σt σ1 RUPTURE σ3 σ1 σ3 σn RUPTURE

23 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
60º FAILLES NORMALES 30º FAILLES INVERSES FAILLES DECROCHANTES 30º

24 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Enveloppe de Mohr-Coulomb σt σn

25 Que se passe-t-il quand σ3<0 ?
Enveloppe de Mohr-Coulomb σt σ1 Transition vers des fractures en tension σ3 σn

26 Que se passe-t-il quand σ3<0 ?
σ1 Coulomb Critère de Griffith C σ3 σn PAS DE RUPTURE Fracture en tension θ=90º Micro-cracks (joints, fissures)

27 Enveloppe de Griffith-Coulomb
Mode mixte Les cracks orientés s’ouvrent σ1 Coulomb C σ3 σn PAS DE RUPTURE Fracture en tension θ=90º Micro-cracks (joints, fissures)

28 Transition cracks en tension - Macro rupture en cisaillement
Enveloppe de Griffith-Coulomb Transition cracks en tension - Macro rupture en cisaillement Coalescence de cracks le long du plan de rupture σ1 croissant MACRO-FRACTURE EN CISSAILLEMENT

29 Enveloppe de Griffith-Coulomb
σ1 T : résistance maximum en tension C=2T Coulomb C=2T σ3 σn PAS DE RUPTURE Fracture en tension θ=90º Micro-cracks (joints, fissures)

30 ROCHES POREUSES

31 ROCHES POREUSES (GRES)
Glissements inter-grains Bande argileuse Cataclasite - Brèche - Mylonite Dissolution Recristalisation calcite, quartz, chlorite, etc..

32 GRES, Utah

33 GRES, Utah

34 ROCHES POREUSES (GRES)

35 Essai en étirement σt σn T : résistance maximum en tension C=2T C=2T
σ1 σ1 σn PAS DE RUPTURE Fracture en tension θ=90º Micro-cracks (joints, fissures)

36 σt σn TRANSITION FRAGILE-DUCTILE θ~45º Enveloppe de Von-Mises
Enveloppe de Mohr-Coulomb σt θ~45º σn

37 σt σn TRANSITION FRAGILE-DUCTILE θ~45º Enveloppe de Von-Mises
La déformation se repartie sur des bandes de cisaillements a 45º de plus en plus larges Enveloppe de Mohr-Coulomb σt θ~45º σn

38 EFFET DE LA FOLIATION

39 FRACTURES EN CISAILLEMENT (FAILLES)
Les problèmes à résoudre : σy Pour un champ de contraintes Au delà de quel seuil de contrainte différentielle une fracture va-t-elle apparaître ? Selon quel plan la fracture va-t-elle apparaître ? Que va-t-il se passer après ? σx ?

40 Déplacement le long d’une fracture préexistante
RUPTURE 1 - RUPTURE σt GLISSEMENT σ1 σ3 2 – GLISSEMENT LE LONG DE LA FRACTURE σ3 σ1 σn σ1 Chute de la cohésion C~0 σ3 LOI de FRICTION

41 Déplacement le long d’une fracture préexistante
SI LE CHAMP DE CONTRAINTE TOURNE RUPTURE σ1 σt θ2 >30º σ3 2θ2 σ3 σ1 σn

42 Déplacement le long d’une fracture préexistante
LOI DE BAYERLEE

43 Déplacement le long d’une fracture préexistante
SI LE CHAMP DE CONTRAINTE TOURNE RUPTURE σ1 σt GLISSEMENT θ2 >30º σ3 2θ2 σ3 σ1 σn

44 Déplacement le long d’une fracture préexistante
SI LE CHAMP DE CONTRAINTE TOURNE RUPTURE σt σ1 θc >>30º 2θc σ3 σ1 σ3 σn

45 Déplacement le long d’une fracture préexistante
SI LE CHAMP DE CONTRAINTE TOURNE RUPTURE σt σ1 θc >>30º 2θc σ3 σ1 σ3 σn NOUVELLE RUPTURE

46 σt Tri cercle de Mohr 3D LIEUX DES CONTRAINTES σ3 σ2 σ1 σn

47 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
SI LE CHAMP DE CONTRAINTE TOURNE σ1 σt BAYERLEE σ3 DOMAINE ELASTIQUE σ3 σ1 σn

48 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
Soit une fracture existante A t=0, σ1=σ3 L’accroissement de la contrainte différentielle (σ1- σ3) est du au déplacement imposé (par les mouvements relatifs des plaques) « à l’infini ». σ1 σ1-σ3 t=0 Sur la fracture σt BAYERLEE σ3 σ3 σn ε σ1= σ3

49 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
Chargement élastique Le milieu se déforme élastiquement tant que les conditions de glissements sur la faille ne sont pas atteintes σ1 σ1- σ3 t=t1 Sur la fracture σt + BAYERLEE + σ3 σ3 σn ε σ3 σ1

50 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
Chargement élastique Le milieu se déforme élastiquement tant que les conditions de glissements sur la faille ne sont pas atteintes σ1 σ1- σ3 t=t2 Sur la fracture σt + BAYERLEE + σ3 σ3 σn ε σ3 σ1

51 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
Seuil de glissement Les conditions de glissement sont atteintes σ1 σ1- σ3 t=t3 Sur la fracture σt BAYERLEE σ3 σ3 σn ε σ3 σ1

52 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE
Glissement (séisme) Déchargement de la contrainte (localement) Principe du cycle sismique σ1 σ1- σ3 t=t4 Sur la fracture σt BAYERLEE σ3 σ3 σn ε σ1= σ3

53 COMPORETEMENT ELASTIQUE -FRAGILE

54 TECTONIQUE CASSANTE II. Les failles

55 II LES FAILLES Normale Dextre Inverse Senestre

56 E Azimut [0-180º] Pendage [0-90º] Pitch [-180-180º] Mur Toit Foot wall
II LES FAILLES Azimut [0-180º] PLAN DE FAILLE E Pendage [0-90º] Pitch [ º] Mur Foot wall Toit Hanging wall

57 II LES FAILLES

58 II LES FAILLES

59 II LES FAILLES

60 II LES FAILLES

61 II LES FAILLES