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Plateforme de Modélisation Physique de Processus de Sciences de la Terre

Responsable du projet : M. Pessel

Objectif :

L’objectif de cette plateforme est de pérenniser les projets en cours et de développer de nouvelles coopérations entre les 2 laboratoires, c’est pourquoi cette plateforme rassemble de nombreux équipements permettant d’intégrer différents projets en synergie avec les 2 laboratoires. En effet La démarche du Laboratoire GEOPS passe tout d’abord par l’appréhension des processus étudiés par des études de terrain : celles-ci n’expliquent cependant pas leur origine ni leur éventuelle efficacité. Des modélisations numériques se révèlent donc souvent nécessaires pour quantifier les processus en jeu et, d’autre part, pour repérer, voire hiérarchiser les paramètres déterminants. Ces modélisations doivent être complétées par des validations analogiques et sont généralement suivies d’un retour sur le terrain pour de nouvelles réalisations et mesures. L’expertise du laboratoire FAST est complémentaire et représente un apport potentiel considérable pour la modélisation numérique et en laboratoire des processus étudiés. L’activité du FAST comporte en effet une large part d’expériences à petite échelle bien contrôlées permettant de comprendre l’influence de paramètres spécifiques de processus complexes. Le laboratoire GEOPS à également une activité reconnue pour la réalisation d’expériences en milieu froid et la forte expertise du laboratoire FAST sur les échanges thermiques et les processus physicochimiques permet une excellente complémentarité.

Principaux travaux en cours au sein de cette plateforme

Comparaison entre Imagerie électrique 2D et observation vidéo du suivi de panaches de polluants :

La tomographie de résistivité électrique est une méthode courante de la géophysique de sub-surface permettant, entre autre, de détecter les panaches de polluants se propageant en zone saturée. Cependant la complexité et la variabilité des paramètres hydrodynamiques du milieu ainsi que la non unicité des modèles d’inversion limitent les interprétations à un aspect qualitatif. L’objectif de ce travail est de tester les différents dispositifs d’électrodes et les processus d’inversion associés aux mesures de traceurs dans des milieux poreux modèles afin de déterminer quantitativement des paramètres hydro-dynamiques d’un front de diffusion.

Études de la dynamique fluviale en contexte périglaciaire - Cas de l’évolution des îles dans les vallées de débâcle.

L’objet de cette étude a pour finalité la compréhension de la dynamique fluviale des écoulements en milieu périglaciaire dans le cadre d’une expérience analogique en chambre froide. Elle fait appel aux diverses compétences de physiciens, géologues et géomorphologues entre le FAST et GEOPS. Il s’agit d’une mise en commun de ces compétences dans la compréhension et la quantification d’un processus d’érosion élémentaire sous l’effet d’un écoulement en milieu froid.
Nous nous focaliserons dans ce programme sur une modélisation analogique et numérique de l’interaction entre une île composée d’un pergélisol en contact avec un écoulement turbulent. Notre objectif est une étude morphométrique, analogique et numérique de la formation, du développement ou de la destruction des îles dans un système fluvial en milieu périglaciaire.

Figure 1 : chenal hydraulique en chambre froide et image d’une île formée dans le chenal


Mesure de surface rupture

Depuis plusieurs années les équipes du laboratoire FAST s’intéresse aux écoulements dans les milieux hétérogènes . Dans les milieux naturels, les fractures modifient profondément la structure des écoulements en localisant une part importante des flux le long de quelques chemins préférentiels. A l’échelle de la fracture unique, la rugosité des surfaces de rupture et son influence sur la structure des vides de la fracture est à l’origine de l’apparition de ce phénomène de localisation. Afin de caractériser la géométrie de la rugosité des surfaces de rupture nous avons mis au point un profilomètre mécanique. Cet appareil permet sur des surfaces de quelques centimètres carrées de mesurer l’élévation de la surface avec une précision micrométrique. La répétition de la mesure avec un pas minimum de 25 microns permet d’acquérir des cartes contenant près de 60 000 points au maximum.

Figure 2 : Carte des hauteurs d’une surface de rupture de granite : les aspérités apparaissent à toutes les échelles soulignant ainsi le caractère multi-échelle de la rugosité de telles surfaces

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