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PRISME D'ACCRETION

Problématique

Le but de ce projet est de reproduire les structures caractéristiques des prismes d'accrétion à l'aide d'une maquette construite dans le cadre de l'exposition 1c1m de l'ISTeP au Palais de la Découverte : “la fabrique des chaînes de montagne” puis d'établir un catalogue de ces structures accompagné d'un protocole pour pouvoir les reproduire. La maquette utilisée ne respecte pas les proportions réelles, elle a été créée à des fins illustratives pour le grand public. Le but de ce projet est d'illustrer de façon systématique l'effet des propriétés de friction lors de la subduction et d'évaluer de combien cette maquette s'éloigne d'un véritable modèle analogique, qui serait dimensionné à l'échelle des structures naturelles. Dans le modèle du prisme critique (ref Davis), la géométrie d'un prisme d'accrétion est contrôlé par la pente de son niveau de décollement basal et par deux paramètres de frictions : la friction basale c'est à dire l'adhérence entre le matériau du prisme et sa base et la friction interne liée aux frottements entre les grains qui constituent le matériau. La cohésion interne des roches est peu importante, ce qui nous permet de modéliser nos expériences par du sable, qui n'a pas de cohésion.

Matériel

• *Maquette en plexiglas et en verre muni de: 1) Plaque plongeante (vitesse modifiable à l'aide du moteur).Cette plaque a une certaine courbure qui est censée représenter la flexure de la plaque océanique en subduction. Cette flexure est délibérément exagérée dans cette maquette. 2) Rouleau de papier de verre qui représente le plancher océanique. La taille des grains de celui-ci est modifiable, ce qui permet de faire varier la friction basale du prisme. 3) Plaque fixe amovible qui représente le butoir de la plaque supérieure de la zone de subduction. 4) Moteur à vitesse variable relié à une boîte de contrôle 5) Sables à taille de grains variables et billes de verre dont on peut faire varier la friction interne. Nous allons faire varier différents paramètres: 1) sables (sable, sable + farine, sable mouillé, sable + verre, sable argileux) 2) taille des grains de sable 3) matière du rouleau (papier de verre avec différentes tailles de grains, papier lisse) 4) ouverture de la plaque fixe 5) vitesse de la plaque plongeante (peu d'influence sur l'expérience) Journal de bord <fc #cd5c5c>Essai n°1</fc> * papier de verre à grains fins * sable + farine * épaisseur totale très grande: ~10 cm * épaisseur des couches: ~3cm * épaisseur des marqueurs: >1cm Grâce à cette expérience, nous avons constaté qu'une grande épaisseur totale ainsi que des couches épaisses ne permettaient pas de bien visualiser les déformations. De plus il y a des fuites sur le côté qui faussent les structures obtenues. <fc #808000>Essai n°2</fc> * papier de verre à gros grains * sable + farine * épaisseur totale: ~5 cm * épaisseur des couches: ~1 cm x4 * épaisseur des marqueurs: <0.5 cm x3 * v~300 Grâce à cette expérience, nous avons constaté qu'une épaisseur totale moyenne ainsi que des couches très fines donnaient des structures concluantes. La prise de vue (reflets, position de la caméra, stabilité de la caméra) n'était pas au point ; pour la prochaine expérience, nous avons éteint les lampes au plafond pour les remplacer par un spot positionné de manière à minimiser les reflets. Nous avons aussi fixé une caméra en face et au dessus de la maquette pour obtenir une visualisation 3D afin de se rendre compte des mouvements dans l'espace. <fc #cd5c5c>Essai n°3</fc> * papier de verre à grains fins * sable + farine * épaisseur totale: ~5 cm * épaisseur des couches: 1cm/0.5cm/0.5cm/0.5cm * épaisseur des marqueurs: <0.5 cm x3 * v~300 <fc #800080>Essai n°4</fc> * papier lisse * sable + farine * épaisseur totale: ~5 cm * épaisseur des couches: 1cm/0.5cm/0.5cm/0.5cm * épaisseur des marqueurs: <0.5 cm x3 * v~300 L’expérience réalisée cette fois-ci ne montre pas de réelles différences avec celle effectuée à l'essai 2. En effet, la figure observée est sensiblement la même, malgré le fait que nous ayons modifié la friction basale. Pour cela, nous avons retourné le papier à gros grains, pour obtenir finalement un papier lisse. Il est à noter que nous avons enregistré plusieurs petites fuites assez dérangeantes qui ont altéré notre figure sur la partie arrière. Cependant, la partie centrale n'a pas été touchée et on se rend quand même bien compte de la figure. <fc #800080>Essai n°5</fc> *papier lisse *couche basale: billes de verre seulement sur plaque plongeante *sable + farine *épaisseur totale: 4.5 cm *épaisseur des couches: 1/0.5/0.5/0.5 *épaisseur des marqueurs: <0.5cm <fc #808000>Essai n°6</fc> * papier de verre à gros grains * sable + farine * épaisseur des couches: 1/0.5/0.5/0.5 * épaisseur des marqueurs: <0.5cm <fc #800080>Essai n°7</fc> * papier lisse * couche basale: billes de verre seulement sur plaque plongeante * sable + farine * épaisseur des couches: 1/0.5/0.5/0.5 * épaisseur des marqueurs: <0.5 Faire des couches plus fines pour avoir une Etot < de 1 cm soit = à ~3.5/4 cm <fc #800080>Essai n°8</fc> * papier lisse * couche basale: billes de verre seulement sur plaque plongeante * sable + farine * épaisseur des couches: <1cm/<1cm * épaisseur du marqueur: <0.5 <fc #808000>Essai n°9</fc> * papier de verre à gros grains * sable + farine * épaisseur des couches: <1cm/<1cm * épaisseur du marqueur: <0.5cm Tableau récapitulatif Taux d’accrétion: hauteur initiale / hauteur caractéristique Expérience 3: 378px donne 10cm Expérience 4: 707px donne 38cm Expérience 5: 322px donne 40cm Expérience 6: 75px donne 10cm Expérience 7: 149px donne 10cm Grâce à un programme Matlab nous avons pointé les images des expériences pour déterminer la pente arrière et avant du prisme, l'espacement moyen des failles, l'angle de pendage de celles-ci et le taux d'accrétion. Les échelles on été déterminées par conversion des pixels en cm (produit en croix). Le taux d'accrétion est calculé par la division de la hauteur initiale par la hauteur caractéristique. On observe que, plus le taux d'accrétion est élevé, plus le pendage des failles est fort. Conclusions Les premières expériences nous ont permis d'ajuster les paramètres (épaisseur, texture…) pour obtenir des figures pertinentes et reproductibles. Nous sommes arrivés à la conclusion qu'une épaisseur inférieure à 4cm était idéale. Une fois ces paramètres établis, nous avons filmé les expériences en faisant varier un paramètre à la fois afin de pouvoir cataloguer les résultats obtenus et le protocole. Le but étant aussi de pouvoir les reproduire. Quelques problèmes rencontrés: -les fuites sur les bords déforment les résultats. Il faut comprimer les bords afin d'empêcher le sable de s'écouler tout en gardant une bonne visibilité pour les images. Le système que nous avons élaboré (plaques en plexiglas ou en bois qui resserrent chaque extrémités de la maquette) limite les dégâts mais reste à mettre au point. -La taille de la maquette n'est pas adaptée à la mise en place de protocole. Une maquette de plus petite taille permettrait de faire plus d'expériences dans un même temps. Sachant qu'il faut compter 25min minimum pour mettre en place une expérience. Nous n'avons malheureusement pas pu finaliser notre projet. Les groupes des années suivantes pourraient utiliser des lasers comme dans le projet “ sandbox subduction” ,pour pointer à l'aide d'un logiciel afin d'analyser les structures puis faire varier certains paramètres de l'expérience (par exemple mettre du sable mouillé ou argileux) pour compléter le catalogue.