Nom de code : Géosciences Montpellier

Tutelles : Unité mixte de recherche, dépendant du CNRS, de l’Université de Montpellier et de l’Université des Antilles et rattachée à l’Observatoire des Sciences de l’Univers - Observatoire de REcherche Méditerranéen de l’Environnement.

Missions : Développer des connaissances nouvelles sur la dynamique terrestre et ses manifestations de surface, en prenant en compte les couplages entre différentes enveloppes (atmosphère, hydrosphère, croûte, manteau).

Particularité : Sa pluridisciplinarité de thématique de recherche articulée autour de 5 thématiques de recherche : Manteau et Interfaces, Dynamique de la Lithosphère, Risques, Géologie des Réservoirs et Ressources et Transferts en Milieux Poreux.

Dans l'épisode précédent, nous avions découvert avec Philippe Münch la campagne d’exploration océanographique GARAnti organisée par Géosciences Montpellier. Nous continuons notre exploration du laboratoire, direction les sous-sols dans les salles de modélisation expérimentale. C’est Stéphane Dominguez, chargé de recherche CNRS dans l’équipe de recherche « Risques » du laboratoire Géosciences Montpellier, qui nous accueille ! Avec lui, nous découvrirons la méthodologie de modélisation expérimentale, destinée à étudier les aléas telluriques (1).

Episode 2 : Dans le bac à sable des géologues

Quels sont les axes d’études de votre équipe ?

Stéphane Dominguez : Nous sommes un laboratoire de modélisation expérimentale. Nous cherchons à reproduire à petites échelles de temps et d’espace, les processus géologiques qui nous intéressent, à savoir les processus orogéniques (2), la fabrication des chaînes de montagnes, la subduction (3). Nous étudions aussi les processus d’érosion et de sédimentation, et enfin les risques naturels que ce soient les glissements gravitaires (4) ou les séismes, tout ceci en miniature.

Nous développons donc des méthodologies de modélisation expérimentale à petite échelle pour étudier ces processus géologiques.

Quels sont les objectifs de ces modélisations ?

Stéphane Dominguez : Ce type d’expériences permet d’accéder à ce que l’on appelle la dynamique du processus géologique. Autrement dit, nous étudions l’évolution des processus des premiers stades aux stades plus avancés.

Par exemple, on pourra étudier l’évolution d’un glissement gravitaire depuis le moment où le versant de la montagne est intact, à la fracturation, jusqu’à l’instant où commence l’activation du processus de glissement qui mènera au glissement final. Dans les faits, dans la nature, on ne peut pas voir que ce qu’il se passe avant et après un processus. Il est rare qu’on puisse observer en « live » ce qui se passe pendant le mouvement.

La modélisation est donc la seule façon de pouvoir imager ces processus. Nous tentons donc de les reproduire en expérimental (avec des matériaux appropriés) ou en numérique (sur ordinateur).

La coupe de la modélisation d'une montagne dans le bassin tadjik

Nous observons la maquette sur laquelle Stéphane travaille en ce moment avec son doctorant . Il s’agit d’une coupe d’une structure de montagne située dans le bassin tadjik (5) en Asie Centrale . Elle nous servira d’exemple pour comprendre les méthodes utilisées en modélisation expérimentale.

Que pouvez-vous nous apprendre au niveau de la technique de modélisation expérimentale ?

Stéphane Dominguez : En expérimental, la mise à l’échelle du temps et de l’espace est régie par des lois physiques.

On commence par imposer certains paramètres de réduction d’échelle de temps et d’espace au modèle. Par exemple, 1 seconde représente 100 000 ans et 1 cm représente quelques kilomètres. Dans ce cas-là, des lois physiques vont nous indiquer de réduire les propriétés mécaniques des matériaux utilisés pour le processus de modélisation.

Ainsi, on va passer d’une roche qui a des propriétés spécifiques dans la nature, à un matériel dit analogue qui aura les mêmes propriétés que la roche naturelle, mais réduite aux facteurs d’échelles.

Pouvez-vous nous décrire ce modèle ainsi que sa méthodologie ?

Stéphane Dominguez : Avec ce modèle, on essaye de faire un morceau de chaîne de montagnes. C’est une application très directe puisque ce modèle est lié au bassin tadjik situé en Asie Centrale. Le but est d’observer la structure de la montagne qui va naître. On peut observer au travers de la vitre, plusieurs couches. Chaque couche va représenter une vraie couche qui a été identifiée par forage sur le terrain.

Ce sont les données pétrolières et les observations géologiques sur le terrain qui vont nous permettre de donner la lithologie (6) réelle. Nous avons recréé ces différentes couches de roches avec un mélange de sirop de glucose et de poudre de PVC. Ce mélange crée une pâte à modeler très molle.

En mettant à l’échelle ces différentes roches, nous pourrons reproduire le stade initial sur lequel nous générons de la compression pour observer comment se déforment les roches au cours du temps. S’en suit une série de tests durant lesquels nous testons la viscosité du mélange et ajustons les pourcentages de ceux-ci. Ces ajustements permettront de se rapprocher au maximum du style de déformation que l’on observe dans les profils sismiques des pétroliques (7).

La coupe photographiée

À quelles applications va servir ce modèle sur le bassin tadjik ?

Stéphane Dominguez : On essaye de reproduire les structures du bassin tadjik pour en comprendre sa formation et la déformation des roches en profondeur. Ces données vont pouvoir être précieuses pour les pétroliers qui pourront interpréter de manière plus efficace les données géophysiques.

Exemples de terrain (marge du Costa-Rica) et modèles analogiques illustrant la subduction de volcans sous-marins dans une zone de subduction (S. Dominguez, 1998) ©Géosciences Montpellier

Stéphane Dominguez continue donc à nous décrire l’étendue des expériences possibles en nous expliquant que le laboratoire a également la compétence de réaliser des modélisations sur des échelles de temps intermédiaires, allant du séisme à plusieurs millions d’années. Cette expertise rend finalement possible de créer des paysages réalistes, permettant d’observer un million d’années d’évolution en seulement 5 heures.

...à suivre dans le prochain épisode, retour des Géopirates des Antilles et premiers résultats de leurs découvertes géologiques.

Notes :

(1) Les aléas telluriques sont des séismes, éruptions, glissements de terrain, etc.

(2) L’ orogenèse est le terme scientifique désignant l'ensemble des mécanismes de formation des montagnes, divers systèmes théoriques (modèles géodynamiques) englobant ces processus de formation des reliefs, et des ensembles d'orogènes se succédant à travers les temps géologiques encore appelés phases orogéniques. (Source : wikipédia.org)

(3) La subduction est le processus par lequel une plaque tectonique océanique s'incurve et plonge sous une autre plaque avant de s'enfoncer dans le manteau.

(4) Les glissements gravitaires sont également connus sous le nom de processus de pente, ou mouvement de masse rocheuse. Ce processus géomorphologique implique des mouvements de roches (sol, substrat, régolithe...) le long de l'inclinaison d'une surface topographique sous l'effet de la gravité. (Source : wikipédia.org)

(5) Le bassin tadjik est une zone à l'ouest du Tadjikistan

(6) La lithologie est la nature des roches formant un objet, ensemble, ou couche géologique. On évoque ainsi la lithologie d'un échantillon de roche, aussi bien que celle d'une formation géologique ou de tout un massif montagneux. (Source : wikipédia.org)

(7) Les profils sismiques des pétroliques sont des méthodes qui permettent d’imager la structure géologique d’un sol jusqu’à plusieurs kilomètres. Ils sont utilisés par les groupes pétroliers lors des choix de forages.

Pour aller plus loin :

Pour plus d’information sur l’équipe de Stéphane Dominguez

Les équipements de la plateforme géophysique utilisés en modélisation

L’histoire de la géologie à Montpellier