Geosciences

La thématique du laboratoire GEC est principalement axée sur la mécanique des plissements / chevauchements. Les essais analogiques sont réalisés sur des modèles de prismes d'accrétion et de chaînes d'avant-pays. Le travail expérimental réalisé au laboratoire de Cergy est étroitement couplé avec le travail de modélisation numérique que nous développons en parallèle (logiciels : SLAMTec et Optum©).

L'objectif de ces expériences analogiques est double. D'une part, ces expériences nous permettent une approche mécanique du problème. En effet, elles viennent valider les simulations numériques d'évolution des chevauchements et autres failles au cours de la déformation appliquée. Les observables sont interprétées par la théorie des problèmes inverses, dans laquelle notre méthode numérique résout le problème direct. Ainsi une étude paramétrique systématique est menée et un aller-retour constant entre l'expérience et la prédiction numérique aide à la meilleure compréhension des structures. D'autre part, ces essais analogiques sont utilisés de plus en plus pour la modélisation de cas naturels de terrain en 3D.

Une autre spécificité du laboratoire est de travailler sur la variabilité paramétrique et expérimentale en quantifiant les effets de bords, les propriétés des matériaux utilisés, les forces appliquées sur les modèles.

Le laboratoire est également équipé pour réaliser des analyses d’images par corrélation haute résolution permettant d’obtenir le champ de déplacement de surface en 3D et au cours du temps.

Un nouvel axe de développement expérimental porte sur l’étude à l’échelle du cycle sismique des failles en décrochement. Un matériau granulaire ayant un comportement à glissement saccadé permet de manière analogue de reproduire des séismes au laboratoire.

https://gec.cyu.fr/navigation/equipement/modelisation-analogique

Le laboratoire de modélisation analogique du GEC a été créé en 2005. Deux chercheurs et un ingénieur sont impliqués dans le développement de ce laboratoire. De nombreux étudiants ont travaillé sur ses problématiques de la licence au Doctorat. Des modules d’enseignement sont donnés au laboratoire. Plusieurs collaborations nationales et internationales ont lieu autour de ce laboratoire.

PUBLICATIONS :

Khelil, M., Frizon de Lamotte, D., Souloumiac, P., & Maillot, B. 2020. Reply to comment on" how to build an extensional basin in a contractional setting? Numerical and physical modeling applied to the Mejerda basin at the front of the eastern Tell of Tunisia". Journal of Structural Geology, 138, 103936.

Khelil, M., Souloumiac, P., Maillot, B., Khomsi, S., & de Lamotte, D. F. 2019. How to build an extensional basin in a contractional setting? Numerical and physical modelling applied to the Mejerda Basin at the front of the eastern Tell of Tunisia. Journal of Structural Geology, 129, 103887.

On montre par l'analyse limite (logiciel Optum©) et l'expérimentation physique qu'une forte chute de résistance mécanique sur un décollement actif en compression peut générer une zone d'extension au-dessus de la partie faible.

Caër, T., Souloumiac, P., Maillot, B., Leturmy, P., & Nussbaum, C. 2018. Propagation of a fold-and-thrust belt over a basement graben. Journal of Structural Geology, 115, 121-131.

On montre par l'analyse limite (logiciel Optum©) et l'expérimentation physique qu'un décollement peut s'approfondir vers l'avant de la chaîne.

McBeck, J. A., Cooke, M. L., Herbert, J. W., Maillot, B., & Souloumiac, P. 2017. Work optimization predicts accretionary faulting: An integration of physical and numerical experiments. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122. https://doi.org/10.1002/2017JB013931

Herbert J.W., M.L. Cooke, P. Souloumiac, E.H. Madden, B.C.L. Mary, B. Maillot, 2015. The work of fault growth in laboratory sandbox experiments, Earth and Planetary Science Letters, 432, pp.95-102.

In the last two papers with the group of Michele Cooke at UMass Amherst we measured the compressive force during the formation of thrusts and interpreted the measurements to evaluate work done in different parts of the deformation (diffuse compaction, faulting, relief build-up...)

Leroy, Y.M. and Maillot, B., 2016. Mechanics of Accretionary Prisms and Fold-and-Thrust Belts Based on Limit Analysis, Advances in Geophysics, 57, pp.1-50, 2016.

Schreurs G., Buiter S.J.H., Boutelier J., C. Burberry, J.-P. Callot, C. Cavozzi, M. Cerca, J.-H. Chen, E. Cristallini, A. R. Cruden, L. Cruz, J.-M. Daniel, G. Da Poian, V. H. Garcia, C.J.S. Gomes, C. Grall, Y. Guillot, C. Guzmán, T. Nur Hidayah, G. Hilley, M. Klinkmüller, H. A Koyi, C.-Y. Lu, B. Maillot, C. Meriaux, F. Nilfouroushan, C.-C. Pan; D. Pillot, R. Portillo, M. Rosenau, W. P. Schellart, R. W. Schlische, A. Take, B. Vendeville, M. Vergnaud, M. Vettori, S.-H. Wang, M. O. Withjack, D. Yagupsky, Y. Yamada, Benchmarking analogue models of brittle thrust wedges, 2016. Journal of Structural Geology, 92, pp.116-139.

Typhaine Caer, Bertrand Maillot, Pauline Souloumiac, Pascale Leturmy, Dominique Frizon de Lamotte, Christophe Nussbaum, 2015. Mechanical validation of balanced cross-sections: the case of the MontTerri anticline at the Jura front (NW Switzerland), Journal of Structural Geology, 75, pp.32-48. doi: 10.1016/j.jsg.2015.05.002.

Here, we used Limit Analysis (Optum and SLAMTec softwares) to evaluate various tectonic interpretations of cross-sections.

Nirrengarten M., G. Manatschal, X.P. Yuan, N. Kusznir; B. Maillot, 2016. Application of the critical Coulomb wedge theory to hyper-extended, magma-poor rifted margins, Earth and Planetary Sciences Letters, 442, pp.121-132.

Yuan X.P., Leroy, Y.M. and Maillot B., 2017. Reappraisal of gravity instability conditions for offshore wedges: consequences for fluid overpressures in the Niger Delta, Geophys. Jour. Int., doi:10.1093/gji/ggw474, 2017.

X. P. Yuan, Y. M. Leroy, B. Maillot, 2015. Tectonic and gravity extensional collapses in overpressured cohesive and frictional wedges, Jour. Geophys. Res. Solid Earth, 120, doi: 10.1002/2014JB011612.

In the last three papers we develop semi-analytic Limit Analysis solutions for extension tectonics and gravitational collapse and apply those to various passive margins and to the Niger deltas.

Maillot B., C. Barnes, J.-M. Mengus, J.-M. Daniel, 2007. Constraints on friction coefficients by an inverse analysis of sand box thrust dips, Journal of Structural Geology, 29, 117--128.

Cubas, N., Barnes, C., Maillot, B., 2013. Inverse method applied to a sand wedge: estimation of friction parameters and uncertainty analysis, Journal of Structural Geology, 55, pp.101-113.

Maillot, B., 2013. A sedimentation device to produce uniform sand packs", Maillot, B., Tectonophysics, http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2013.02.028.

Souloumiac, P., B. Maillot and Y.M. Leroy, 2012. Bias due to side wall friction in sand box experiments, JSG, doi:10.1016/j.jsg.2011.11.002.

Cubas, N., B. Maillot and C. Barnes, 2010. Statistical analysis of an experimental compressional sand wedge, JSG, doi:10.1016/j.jsg.2010.05.010.

In the above five papers, we made an intense effort to raise the level of precision of analogue techniques, introduce force measurements, and improve interpretations by setting and solving inverse problems.

Souloumiac P., Y.M. Leroy, B. Maillot, K. Krabbenhoft, 2008. Predicting stress distributions in fold-and-thrust belts and accretionary wedges by optimization, J. Geophys. Res., 114, B09404, doi:10.1029/2008JB005986.

Cubas N., Y.M. Leroy, B. Maillot, 2008. Prediction of thrusting sequences in accretionary wedges, J. Geophys. Res., 113, B12412, doi:10.1029/2008JB005717.

Mary, B. C. L, B. Maillot. and Y. M. Leroy,

2013. Deterministic chaos in frictional wedges revealed by convergence analysis, Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., doi: 10.1002/nag.2177.

In the above three papers we developped semi-analytic solutions of Limit Analysis in the kinematic context of fold-and-thrust belts.

H.A. Koyi, Maillot B., 2007. Tectonic thickening of hanging wall units over a ramp, Journal of Structural Geology, 29, pp.924-932.

Maillot B. and H. Koyi, 2006. Thrust dip and thrust refraction in fault-bend folds: analogue experiments and theoretical predictions, Journal of Structural Geology, 28, pp.36-49.

In the above two papers, we investigated the effect of the friction of a pre-existing ramp on the deformation in the hanging-wall, using experiments, and theory based on the minimum dissipation principle.

EQUIPEMENTS PRINCIPAUX :

Appareillages d’expérimentation :

SMALLBOX : Petite boite de déformation. Boite composée de plaques de verre, modulable : deux configurations possibles (Fixe et Mobile), équipée d’un moteur pas à pas. Compression uniaxiale (jusqu’à 40-60% de raccourcissement) ou extension (50% d’extension) de couches de matériaux granulaires pour l’étude des mécanismes de rupture des structures géologiques. Dimensions (0.3m x 0.4m x 0.04m). Système d’acquisition de mesure de forces de poussée.

BIGBOX : Grande boite de déformation. Boite composée de plaques de verre, équipée d’un moteur pas à pas. Compression uniaxiale (jusqu’à 40-60% de raccourcissement) ou extension de couches de matériaux granulaires pour l’étude des mécanismes de rupture des structures géologiques. Dimensions (1.1m x 1m x 0.07m). Fond en verre pour l’acquisition d’images pour traitement PIV au cours du raccourcissement. Sert également pour les failles décrochantes, le fond est composé de deux plaques de PVC : une fixe et l’autre en mouvement.

SMALLSEM : Petite semeuse. Distributeur de sable composé d’un réservoir en bois, d’une structure métallique et de deux tamis. Permet le remplissage de la petite boite par sédimentation. Création de couches planes et homogènes, d’épaisseur variable. Dimensions (0.4m x 0.4m x 1.93m).

BIGSEM : Grande semeuse. Distributeur de sable composé d’un réservoir en plexiglas, d’une structure Norkan et de deux tamis. Permet le remplissage de la grande boite par sédimentation. Création de couches planes et homogènes, d’épaisseur variable. Dimensions (1.3m x 1.3m x 1.93m, zone de sédimentation utile : 1m x 1m).

FRICSYSTEM : Dispositifs de mesure des coefficients de friction et de la cohésion. Support en PVC, anneau de verre, capteur de déplacement, enregistreur de déplacements.

Métrologie analogique et numérique :

6 Appareils photos numériques Nikon + objectifs + équipements photos (éclairages, pieds, alimentation, ...).

8 capteurs de force + Digital Data System Vishay.

Acquisition et traitement des données :

2 ordinateurs fixes (PC).

Disques externes de sauvegarde.

Logiciels : Photoshop, QuickTime, PIVTEC, SLAMTec, OPTUM (Krabbenhoft et al., 2012).

Divers :

Atelier de mécanique : établis équipés de nombreux outils divers.

Sécurité : Extincteur.

Les demandes de travaux sont centralisées et planifiées par Bertrand Maillot et Pauline Souloumiac. Les travaux sont réalisés par le chercheur ou l’étudiant concerné en concertation avec l’un des deux responsables.

RESPONSABLES SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES :

P. SOULOUMIAC (MCF), B. MAILLOT (MCF), J.-C. COLOMBIER (IE)

CONTACTS :

Bertrand MAILLOT

Maître de conférences

Maison Internationale de la Recherche

1 rue Descartes

95000 Cergy-Pontoise Cedex

France

Tel : +33 (0)1 34 25 73 59

bertrand.maillot@u-cergy.fr

Pauline SOULOUMIAC