TP - TD Préparation à l`AGREG – secteur C DEFORMATION DES

TP - TD Préparation à l’AGREG – secteur C
DEFORMATION DES OBJETS GEOLOGIQUES
Emmanuelle BOUTONNET
([email protected])
Démarche pédagogique :
On observe que les roches sont déformées lorsqu’elles sont soumises à des contraintes.
Les roches ne se déforment pas toutes de la même manière. La rhéologie étudie les
relations entre contraintes et déformations au sein d’une roche: les nombreux paramètres
intervenant sont pris en compte dans des lois de comportement. La déformation peut être
observée et interprétée en terme de contraintes à différentes échelles sur Terre.
Bibliographie:
- Brahic A. (1999 à 2006): Sciences de la Terre et de l’Univers – Ed Vuibert
- Caron J-M (1995): Comprendre et enseigner la planète Terre – Ed Ophrys GAP
- Choukroune P. (1995): Déformations et déplacements dans la croûte terrestre – Ed
Masson
- Debelmas J. & Mascle G (1991): Les grandes structures géologiques – Ed Dunod
- Jolivet L. (1995): La déformation des continents. Exemples régionaux – Ed Hermann
- Mattauer M. (1998): Ce que disent les pierres – Ed Belin
- Mattauer M. (1980): Les déformations des matériaux de l’écorce terrestre – Ed
Hermann.
- Mercier J. & Vergely P. (1992, 1999): Tectonique – Ed Dunod
- Nicolas A. (1989): Principes de tectonique – Ed Masson
- Collectif: Himalaya- Tibet, le choc des Continents – Ed CNRS
Leçonscorrélées :
Option C:
- Les phénomènes géologiques associés aux décrochements crustaux
- Les mécanismes de déformation des roches: du cristal à la plaque lithosphérique
- La tectonique en compression
Contre- Option:
- Déformation ductile et déformation cassante
- La déformation cassante
- La lithosphère continentale
- La lithosphère océanique
- La collision continentale
- Comportement rhéologique des matériaux géologiques et structures associées
Ce cours et des infos complémentaires sont disponibles sur ma page web:
http://persoeb.free.fr/

PLAN
I- OBSERVATION : LES ROCHES SONT DEFORMEES.
1) Observation et description.
a. Les échelles de la déformation.
b. Vocabulaire et définition.
c. Pourquoi décrire la déformation?
d. Quantifier de la déformation.
2) La déformation cassante.
a. A l’échelle de l’affleurement (failles).
b. A l’échelle de la roche (microstructures).
3) La déformation ductile.
a. A l’échelle de l’affleurement (plis).
b. Le cisaillement: schistosité, foliation, linéation.
c. Critères de sens de cisaillement.
II- CONTRAINTE ET RHEOLOGIE.
1) Les roches sont soumises à des contraintes.
a. Définition et origines.
b. Représentation dans l’espace.
c. Décomposition sur un plan.
d. Relations déformation/ contraintes.
2) Comportement élémentaire des roches.
a. Elasticité, Plasticité, Viscosité.
b. Modélisation analogique.
3) Comportement cassant: loi de Mohr-Coulomb.
a. Théorie du cercle de Mohr.
b. Théorie de Coulomb et critère de rupture de Byerlee.
c. Le diagramme de Mohr-Coulomb
d. Conséquences – Applications.
4) Comportement ductile.
a. Cisaillement pur/ simple.
b. La loi de fluage ductile.
III- LOIS DE COMPORTEMENT LITHOSPHERIQUE
1) Les lois de comportement.
a. Comportement fragile/ ductile.
b. Transitions comportementales.
2) A l’échelle de la lithosphère.
a. Profil rhéologique de la lithosphère.
b.
Modélisation analogique

EXERCICES
Exercice d’entraînement – détermination des conditions de rupture :
Une roche est soumise à un état de contrainte de révolution dans lequel on peut faire varier
l’intensité de 1 et de 3.
1 : N00 horizontal intensité variable
2 : N90 horizontal 100 Mpa
3: vertical intensité variable
Cette roche a une courbe de fracturation d’équation  = 100 (Mpa) + tg (30°) x n
a) Si 3 = 100 Mpa, quelle valeur doit atteindre 1pour que la roche se fracture?
(détermination graphique,échelle 1cm = 100 Mpa)
b) Quelle est l’orientation par rapport aux contraintes des plans de failles qui font se
former? Quelles sont les valeurs de n,  sur ces plans de failles? Quelle est la
valeurs de ?
c) Si 3 = 50 Mpa, quel est le nouveau régime de contrainte au moment de la
fracturation? A quel orientation de faille par rapport aux contraintes peut-on
s’attendredans ce cas ?
d) Quel mouvement peut-on prédire sur les planssuivants ?
 P1: N00 vertical
 P2: N90 30N
 P3: N30 vertical
 P4: N00 45W
Optants C: pour chaque plan, donner le pitch de la strie que l’on peut prédire et
reportez-la sur le diagramme stéréographique.

Exercice d’entraînement – expériences de fracturation :
Le critère de rupture de Byerlee a été déterminé expérimentalement au moyen de presses
triaxiales. Ces presses permettent de soumettre un échantillon de roches à un état de
contraintes triaxial (1, 2, 3). Un piston vertical permet d’appliquer une force F anisotrope
sur l’échantillon. La pression de confinement est appliquée par un fluide incompressible mis
sous pression (de l’huile le plus souvent) ; cette pression P est isotrope dans le plan horizontal.
Figure 1: schémas d’une presse triaxiale
1) Comment sont orientées les trois contraintes (1, 2 et 3) dans l’échantillon de
roche? Donnez leurs expression en fonction de P et de F.
2) Un essai triaxial a été réalisé sur un échantillon cylindrique du granite d’Oshima
(Japon), mesurant h = 8 cm de haut, et d = 4 cm de diamètre. En complétant le
tableau de données ci dessous (table 1), construire un graphique d = f(), et analysez
les différentes parties de la courbe obtenue. Que se passe-t-il concrètement pour
l’échantillon à partir de t = 3600 s?
3) Deux autres expériences similaires ont été réalisées en faisant varier la pression de
confinement. Les résultats sont donnés dans la table 2. Utilisez ces trois essais
triaxiaux pour déterminer graphiquement un critère de rupture (valeurs de la
cohésion C et du coefficient de friction μ).