bilan UMR 8538_2012_part1 - UMR 8538

Transcription

Vague D : Campagne d’évaluation 2012 - 2013
Unité de recherche
1.1 Résultats et auto-évaluation de l’unité
UMR 8538
Laboratoire de Géologie
de l’Ecole normale supérieure
2007-2012
plan
I. RAPPORT SCIENTIFIQUE
PRESENTATION
p. 3
a. ACTIVITES ET RESULTATS
p. 3
Résultats scientifiques par thème
Failles et alea sismique
Couplages rhéologiques
Chaînes de montagnes et bassins
Ressources, stockage et développement durable
Carbones extra-terrestres et analogues expérimentaux
Géosciences et archéologie
p. 5
Production scientifique : une analyse
p. 39
Rayonnement et attractivité académiques
Le laboratoire dans son environnement : des actions structurantes fortes
Les plates-formes instrumentales
Projets internationaux, collaborations internationales
Accueil de visiteurs étrangers ou non, enseignements à l’étranger
Organisation de réunions internationales
Activités d’édition scientifique
Sociétés savantes, instances d’évaluation internationales
Distinctions
p. 39
Interactions avec l’environnement économique et culturel, valorisation
p. 42
Enseignement et formation par la recherche, culture scientifique et technique
p. 43
Fonctionnement
-
p. 44
et vie du laboratoire
Action de formation permanente des personnels de l’unité
Suivi des personnels
Hygiène et sécurité
b. ANALYSE DES MOYENS DE L’UNITE
Le bilan humain
Les finances
L’équipement
EN SOMME ; AUTOEVALUATION
p. 45
p. 45
p. 49
p. 50
p. 53
II. ORGANIGRAMME FONCTIONNEL ET REGLEMENT INTERIEUR
p. 53
III. PRODUCTION SCIENTIFIQUE DES CINQ DERNIERES ANNEES
p. 54
IV. ANNEXES (fournies à part)
A1A2A3A4A5-
Etude bibliométrique de la production scientifique
Liste des chercheurs et enseignants accueillis un mois ou plus au laboratoire
Liste des séminaires du laboratoire.
Liste des thèses soutenues au laboratoire
Règlement intérieur du laboratoire
1.2. FICHE RESUME
p. 74
Sommaire
2/75
PRESENTATION
Le Laboratoire de Géologie de l’Ecole normale supérieure (ENS) a été constitué en unité mixte de recherche
(UMR) du CNRS en 1988, sous la direction de Xavier Le Pichon. Avec le groupe du Laboratoire de Météorologie
dynamique installé sur le site de l’ENS (UMR8539 pp), il constitue le Département des Géosciences de l’ENS.
L’étude des processus physiques et chimiques qui contrôlent l’évolution de notre planète reste l’objectif
premier de l’unité, en privilégiant une approche de mesure sur le terrain couplée à la modélisation
expérimentale ou numérique. Cette forte interaction entre activités de terrain, expérimentation et
modélisation constitue dans la durée un trait du laboratoire. Une autre caractéristique majeure du laboratoire
est une forte proportion de personnel CNRS, qui partage des locaux avec un vivier d’étudiants choisis, très
proches de la recherche grâce à la forte implication de tous les chercheurs dans l’enseignement. Son autre
particularité est, malgré une taille moyenne de 20 à 25 chercheurs1 permanents, d’associer un grand nombre
de thématiques : géophysique, sismologie, géodynamique, géomorphologie, mécanique, pétrologie,
minéralogie et sciences des matériaux, couvrant un large spectre des sciences de la Terre, depuis le manteau
jusqu’aux météorites en passant par les enveloppes superficielles et les activités anthropiques. Ce qui, au
regard de sa taille, en fait un véritable laboratoire interdisciplinaire.
Les cinq dernières années se sont déroulées, pour la géologie, sous le signe de plusieurs très grands séismes et,
pour le laboratoire, d’un triple défi. Celui des effectifs, avec l’intégration de deux chercheurs seniors arrivant
d’autres départements du CNRS (en 2005), puis deux autres en 2007, le renouvellement de deux maîtres de
conférence (MC) en 2009-2010, une série de départ de jeunes chargés de recherche (CR), puis l’éméritat d’un
des deux professeurs en 2012. Celui des ressources, avec la montée en puissance de l’Agence nationale pour la
recherche (ANR) et la baisse des moyens du CNRS. Celui du contexte institutionnel, avec le bouleversement
introduit par la loi LRU, la création des Pôles de recherche et d’enseignement supérieur (PRES), des
Laboratoires et Initiatives d’excellence (Labex, Idex), et de nouveaux Observatoires des sciences de l’Univers
(OSU). Quelle place allait trouver l’unité dans ce nouveau paysage ?
Les pages qui suivent tentent de répondre à ces questions. Elles ont été rédigées par Christian Chopin avec
l’aide d’Hélène Lyon-Caen, Luce Fleitout, Julia de Sigoyer, Christophe Vigny, Nicolas Chamot-Rooke, Alexandre
Schubnel, Pierre Barré, Jean-Noël Rouzaud, Jérôme Fortin, Yves Guéguen et Yves Pinquier, en s’appuyant sur
les contributions de chaque chercheur.
a. ACTIVITES ET RESULTATS
Les interactions croissantes entre équipes du quadriennal précédent nous ont conduits, dans le but de les
encourager encore, à renoncer en 2009 à un fonctionnement en équipes et à articuler l’activité du laboratoire
autour de cinq grands thèmes et deux thèmes émergents (un même chercheur intervenant dans plusieurs
thèmes) et à l’appuyer sur deux plates-formes instrumentales communes, l’une d’observation de la Terre
(sismologie, géodésie spatiale, interférométrie radar), l’autre expérimentale et (milieu hydrothermal,
déformation, physique des roches) analytique.
Les thèmes identifiés étaient
- failles et alea sismique : cycle sismique, rupture multi-échelle, thermo-pressurisation, friction, messages
sédimentaires, risques (accélération sismique, séismes et tsunamis) ;
- couplages rhéologiques : déformation post-sismique, modélisation des couplages intersismiques, gravimétrie
spatiale, rebond post-glaciaire et variations du niveau marin ;
En l’absence de spécification (chercheur CNRS ou enseignant-chercheur), le terme « chercheur » est employé
dans ce document pour l’ensemble de ces personnels.
1
Présentation
3/75
- chaînes de montagnes et bassins : évolution métamorphique, magmatique et structurale des prismes,
thermométrie basse température en domaine pétrolier, modélisation de la mécanique des plissements et de la
dynamique des chaînes, outils thermobarométriques, érosion (cycle du carbone, minéralogie détritique),
influence des chaînes dans les paléoclimats et la paléobiologie (visant à intégrer l’activité de E. Buffetaut,
rattaché à l’unité en 2007);
- fluides et roches : déshydratation (cinétique et couplages mécaniques), interactions à basse température
(redox, fossilisation) ou en domaine profond (transferts de matière, veines, production de gaz profonds,
d’hydrogène liée à la serpentinisation). La promotion en DR à Grenoble en 2010 de F. Brunet, animateur de ce
thème, nous a conduits à fondre cette thématique dans la suivante, vue la proximité des enjeux ;
- ressources, stockage et développement durable : déchets nucléaires et stockage géologique, stockage du CO2
et durabilité des ciments, carbones réfractaires dans l’atmosphère et les sols, interactions minéral (sols) /
vivant (plantes et bactéries) / fluides (équilibres chimiques, cinétique), avec une ouverture sur l’écologie et la
gestion des sols (méthodes de terrain et expérimentation, avec l’unité BIOEMCO du département de Biologie de
l’ENS).
A côté de ces thématiques bien implantées, deux thèmes émergents avaient été identifiés :
- carbones extra-terrestres et analogues expérimentaux (qui s’appuie sur une collaboration avec le Muséum
d’histoire naturelle, l’IAS et l’INSM à Orsay et BIOEMCO à l’ESPCI) ;
- géosciences et archéologie : marqueurs des paléo-environnements dans les carbonates archéologiques,
archéométrie, archéosismologie et mouvements verticaux ; thème qui matérialise une collaboration avec le
laboratoire d’Archéologie antique de l’ENS.
Le succès du projet dépendait en bonne part des moyens humains engagés.
Le départ en 2008 d’une CR (C. Lasserre) qui avait efficacement contribué à la coordination des approches
sismologie – géodésie – interférométrie radar a été heureusement compensé par l’arrivée en 2007 en mutation
d’un DR (P. Briole), lui aussi versé dans les méthodes satellitaires. Le recrutement d’Aurélia Hubert-Ferrari en
2008 (CR1, section 18) devait aussi, grâce à la paléo-sismologie, finir de couvrir la gamme d’échelle de temps
des diverses approches de la déformation développées au laboratoire, du séisme à la formation des chaînes de
montagnes. Le rattachement secondaire de l’unité à l’INSIS (ex ST2I) en 2008 a voulu y manifester la place de
la mécanique des roches. Il s’est concrétisé par le recrutement en 2009 de Jérôme Fortin (CR2, section 9).
Combiné la même année avec celui de Pierre Barré (CR2, section 20), ils ont puissamment conforté les aspects
‘réservoirs’ et ‘sols’ du thème ‘Ressources, …’. Le recrutement toujours en 2009 de Patrick Meunier (MC ENS)
sur les liens géomorphologie/sismicité/stabilité des versants accompagne ce déplacement vers la surface des
activités de l’unité – des aspects émergents, soutenus à tour de rôle via les ‘projets incitatifs’ ENS. Le
recrutement en 2010 de Matthias Delescluse (MC ENS) a marqué la volonté de renforcer les aspects
géophysique marine et sismologie, épaulant N. Chamot-Rooke et préparant le départ à la retraite de R.
Madariaga.
Ces mêmes années voyaient aussi le départ d’un DR1 (B. Goffé) et de plusieurs CR (O. Beyssac, A. HubertFerrari, F. Brunet, J. Carlut, avant celui de M.-P. Doin en septembre 2012), qui affaiblissent les compétences
permanentes et activités de l’unité en pétrologie métamorphique, expérimentation hydrothermale,
magnétisme et maintenant INSAR.
Les pages qui suivent reprennent par thème une sélection des principaux résultats obtenus. Avec quatre ans de
recul sur le projet initial, elles doivent permettre au lecteur de se faire une idée du succès de l’entreprise,
dans le contexte qui vient d’être évoqué.
Présentation
4/75
Résultats scientifiques par thèmes
1.
BILAN DU THÈME : CHAÎNES DE MONTAGNES ET BASSINS.......................................................... 6
1.1.
Déformations court-terme et long-terme ................................................................... 6
1.1.1
Importance de l’héritage géologique dans la compréhension des processus
géodynamiques actifs : la bordure occidentale du plateau tibétain au Sichuan
6
1.1.2
La frontière Inde-Arabie : anatomie d’un décrochement océanique actif
7
1.1.3
Déformations intraplaques court-terme et long-terme dans l’océan indien
8
1.1.4
Déformation actuelles (géodésiques) et récentes (géologiques) en Méditerranée
9
1.2.
Mécanismes d’ouverture et de fermeture des bassins .................................................... 9
1.2.1
Mécanismes d’amincissement : de l’étirement continental au propagateur océanique en
Mer de Chine
9
1.2.2
Mécanique des chevauchements dans les chaînes d’avant pays et les prismes d’accrétion
10
1.2.3
Dynamique de l’exhumation et de l’obduction
10
1.3.
Instruments et méthodes, nouveaux outils ............................................................... 11
1.3.1
Magnétisme des roches lié à l’étude des bassins : évolution des argiles à basse
température
11
1.3.2
Thérmobarométrie, hautes pressions et/ou basses températures
12
1.3.3
Paléo-climats, paléo-biologie : influence des chaînes
12
2.
BILAN DU THÈME : FAILLES ET ALÉA SISMIQUE ...................................................................13
2.1.
Couplage aux frontières de plaques ........................................................................
2.1.1
Couplage et segmentation de la subduction chilienne
2.1.2
La zone de jonction triple des plaques Nord Amérique, Cocos et Caraïbe
2.1.3
Accumulation de la déformation intersismique au Népal
2.1.4
Frontière inter ou intraplaque : le cas de la faille de Beichuan au cœur du LongmenShan
2.2.
Dynamique des zones de failles : évolution spatio-temporelle de la déformation ................
2.2.1
Activation de la sismicité dans la zone du méga séisme de Sumatra 2004
2.2.2
Le rift de Corinthe : un laboratoire naturel pour l’étude des failles actives et leurs
interactions
2.3.
La source sismique : du laboratoire aux données Géophysiques de terrain ........................
2.3.1
Lois de friction, propagation dynamique et couplages minéralogiques
2.3.2
Le séisme de Maule, Chili 2010 vu par le GPS
2.3.3
Inversion cinématique du séisme de Maule
2.3.4
La faille de Beishuan
2.3.5
Les marqueurs géomorphiques : Un nouvel outil pour l’étude de la source sismique ?
2.4.
Les séismes intermédiaires et profonds ...................................................................
2.4.1
Inversion dynamique du tremblement de terre d’Iwate (Japon)
2.4.2
Mécanique de la sismicité profonde : le rôle des transitions de phase
3.
26
27
27
29
29
30
30
30
31
33
BILAN DU THÈME : CARBONES NATURELS ET ANTHROPIQUES ....................................................35
5.1.
5.2.
6.
25
25
26
26
BILAN DU THÈME : RESSOURCES, STOCKAGE ET DÉVELOPPEMENT DURABLE .....................................29
4.1.
Matériaux et Environnement ................................................................................
4.1.1
Rôle de la minéralogie des argiles du sol dans le fonctionnement des écosystèmes
4.1.2
Le verre et les roches : de la fissuration d’un matériau fragile au stockage
4.2.
Ressources et stockage .......................................................................................
4.2.1
L’hydrogène : réactivité chimique de systèmes naturels sous faible fugacité d’oxygène
4.2.2
Les hydrocarbures
4.2.3
L’eau
5.
17
18
18
19
21
21
22
22
22
23
BILAN DU THÈME : COUPLAGES RHÉOLOGIQUES .................................................................25
3.1.
Déformations liées aux séismes géants de subduction..................................................
3.1.1
Déformation post-sismique après les séismes de Sumatra
3.1.2
Cycle sismique et interprétation des déformations intersismiques
3.1.3
Les méga-séismes de Maule et Tohoku
3.2.
Rebond lithosphérique autour de lacs : contraintes et modélisation du comportement
mécanique court-terme de la lithosphère en réponse à un chargement lacustre .................
3.2.1
Cas du lac Mead (Nevada)
3.2.2
Cas du lac Siling Co (Tibet)
4.
13
13
14
14
15
16
16
Histoire du corps-parent d'achondrites primitives déduite de la nanostructure et de la
composition isotopique de leurs carbones ................................................................ 35
Etude de graphites nucléaires irradiés; conséquences sur leur décontamination................. 36
BILAN DU THÉME ‘GÉO-ARCHÉOLOGIE’...........................................................................37
6.1.
6.2.
Collaborations avec le département Sciences de l’Antiquité de l’ENS (UMR 8546) ...............
Apport des études du signal magnétique aux thématiques archéologiques : collaborations
avec l’Institut de Paléontologie humaine du MNHN .....................................................
6.2.1
Ce qui est enregistré dans la calcite des spéléothèmes
6.2.2
Les stratégies de l'homme devant les changements de climat
Bilan des thèmes scientifiques du laboratoire
37
38
38
38
5/75
1. BILAN DU THEME : CHAINES DE MONTAGNES ET BASSINS
La structure des chaînes et des bassins constitue un bâti géologique complexe, mettant au contact des roches
de nature et de rhéologie différentes : tracer l’évolution des bassins depuis leur ouverture et démêler l’histoire
structurale des chaînes sont donc des éléments importants de compréhension des déformations actuelles et de
la mécanique des failles, actuelles et fossiles. Ce thème « Chaînes et Bassins » regroupe au sein du laboratoire
de Géologie des structuralistes, des géomorphologues, des pétrographes, des géophysiciens, un paléontologue.
Il s’appuie sur de nombreuses collaborations extérieures. Le but est d’étudier la structure et la dynamique des
chaînes et des bassins à toutes les échelles, de la lame mince aux frontières de plaques, et de la déformation
court-terme (séismes, géomorphologie, glissements de terrain à terre et en mer) à la déformation long-terme
(formation par étirement ou convergence, structures profondes associées, exhumation, érosion).
Comme nous l’avions mentionné dans le quadriennal précédent, plusieurs de nos chantiers prioritaires ont vu
des développements spectaculaires liés à des séismes meurtriers, comme celui du Sichuan (Mai 2008, Mw7.9).
D’autres chantiers, en particulier en Asie et en Méditerranée, ont bénéficié de l’apport de données
industrielles qui n’ont pas d’équivalent dans le domaine académique, en particulier les profils de sismique
réflexion pétrolière. Enfin, nos chantiers ont fait l’objet d’acquisition de données nouvelles, à Terre comme en
Mer, grâce au succès de plusieurs demandes de financements (ANR, financements industriels, projets du
laboratoire LRC commun avec le CEA, obtention de temps-bateau, financements sur programmes INSU, …).
Nous avons choisi de présenter ici les résultats les plus significatifs concernant deux grands sous-thèmes
majeurs qui impliquent de nombreux chercheurs du laboratoire : les déformations court-terme (sismologiques,
géodésiques) et long-terme (géologiques) en domaine continental et en domaine océanique, et les mécanismes
d’ouverture et de fermeture des bassins, depuis leur formation jusqu’à leur écaillage dans les prismes puis leur
exhumation. Une troisième section de ce bilan porte sur des aspects méthodologiques, chers au laboratoire,
avec en particulier le développement de nouveaux outils thermométriques.
1.1. DEFORMATIONS COURT-TERME ET LONG-TERME
Cette thématique est abordée à partir de trois chantiers principaux : en domaine continental, la chaîne active
du Longmen Shan (Sichuan, Chine) et plus généralement la syntaxe orientale himalayenne; en domaine
océanique, la frontière décrochante active Inde/Arabie à l’ouest, et Inde/Sonde à l’est ; enfin en
Méditerranée, les déformations actives et récentes autour des subductions Calabraise et Hellénique et de l’Arc
de Gibraltar.
1.1.1 Importance de l’héritage géologique dans la compréhension des processus géodynamiques actifs : la
bordure occidentale du plateau tibétain au Sichuan
Julia de Sigoyer (ENS), Manuel Pubellier (ENS), Stéphanie Duchêne (JET Toulouse), Olivier Vanderhaeghe
(Univ. Lorraine), Rodolphe Cattin (Univ. Montpellier), Jérome Vergne (IPG Strasbourg), Nicolas Chamot-Rooke
(ENS), Vincent Godard (CEREGE), collaboration internationales avec le Prof. Li Yong (CDUT Sichuan Chine) et
A. Densmore (Durham UK).
La bordure orientale du plateau tibétain (Sichuan) a été le siège d’un séisme de magnitude Mw8 le 12 mai
2008, dans une région qui a subi par le passé géologique plusieurs cycles orogéniques. Nous avons montré qu’à
l’échelle lithosphérique cette bordure correspond à un saut de Moho de plus de 20 km entre le plateau tibétain
épaissi et le craton Chine du sud. En combinant observations géologiques, mesures géophysiques et
modélisations numériques, nous quantifions la déformation à toutes les échelles – déformation cosismique,
surrection et érosion à l’échelle de plusieurs millions d’année, structure thermique – et établissons l’histoire
géologique de la région à l’échelle de la centaine de millions d’années. Notre étude s’est articulée autour de
quatre thèses, Vincent Godard (2006), Marcello de Michele (2010), Audrey Billerot (2011) et Alexandra Robert
(2011), et de deux masters, Xavier Diot (2011) et Benjamin Sautter (2012). Nous avons en outre produit une
carte géologique en cours de publication qui synthétise les résultats de l’étude géologique.
Principaux résultats obtenus :
La mise en évidence par une étude sismologique d’un saut de Moho de 20 km sous la chaîne des Longmen Shan
qui borde le plateau tibétain (Robert et al., 2010a, b).
Ce saut de Moho coïncide avec un saut paléogéographique comme l’atteste l’étude des sédiments de part et
d’autre du massif de Pengguan, avec un saut métamorphique et de style de déformation avec une déformation
ductile à l’ouest et cassante à l’est (Robert, 2011).
Plusieurs phases d’épaississement ont été identifiées sur cette bordure : (i) la première phase de 220 Ma à 177
Ma datée par U/Pb sur zircons et monazites et par 39Ar/40Ar sur amphiboles et biotites dans différentes zones
exhumées a conduit à un épaississement sous des conditions amphibolitiques (5-6 kbar, 620°C). (ii) La seconde
correspond à une réactivation cénozoïque associée à un métamorphisme schiste vert comme l’atteste les âges
39
Ar/40Ar de 48 à 27 Ma obtenus sur micas.
L’étude thermochronologique (U-Th/He, trace de fission sur des profils verticaux) effectuée dans les massifs
cristallins exhumés indique un important épisode de surrection des Longmen Shan vers 11 Ma (Godard et al
Thème Chaînes de montagnes et bassins
6/75
2009). Ainsi il apparaît que l’épaississement de la bordure du plateau tibétain est sensiblement antérieur à sa
surrection. L’érosion (et notamment l’érosion cosismique) peut être un facteur important de l’exhumation.
Godard et al. (2009) estiment des taux d’érosion de 1 mm/an à partir d’isotopes cosmogéniques des sables de
rivières et modélisent cette érosion-surrection par une érosion régressive du système.
Concernant le séisme Mw. 7.9 du 12 mai 2008 nous avons caractérisé les déplacements verticaux et horizontaux
sur les failles par une étude INSAR (de Michele et al., 2010a, b). Nous avons montré que la déformation a été
partitionnée pendant la rupture et qu’il existe un chevauchement aveugle au front du système (cf. Figure). Ces
nouvelles données apportent des informations déterminantes sur l’évaluation des zones soumises à l’aléa
sismiques sur ce front de chaîne.
Une étude géochimique (Billerot et al., soumis), faite sur le socle nous permet de proposer un modèle de
marge active au Néoprotérozoïque. Ce socle continental se prolonge à l’ouest au-delà du saut de Moho, comme
le montre la signature isotopique des granites triasiques qui recoupent les sédiments de Songpan Garze
(Billerot et al., soumis), montrant que la géométrie des structures actuelles est grandement contrôlée par leur
héritage géologique paléozoïque.
de Michele M., Raucoules D., de Sigoyer J., Pubellier M. & Chamot-Rooke N. (2010) Three-dimensional surface displacement of the 12 May 2008
Sichuan earthquake (China) derived from Synthetic Aperture Radar: evidence for rupture on a blind thrust, Geophysical Journal International.
de Michele M., Raucoules D., Lasserre C., Pathier E., Klinger Y., Van Der Woerd J., de Sigoyer J. & Xu X. (2010) The Mw 7.9, 12 May 2008
Sichuan earthquake rupture measured by sub-pixel correlation of ALOS PALSAR amplitude images, Earth Planets Space.
Godard V., Pik R., Lavé J., Cattin R., Tibari B., de Sigoyer J., Pubellier M. & Zhu J. (2009) Exhumation History of the Central Longmen Shan
(Eastern Tibet) from (U-Th)/He. Thermochronometry, Tectonics.
Godard V., Cattin R. & Lavé J. (soumis) Erosion control on the dynamics of continental plateaus margins with low convergence rate, Geophysical
Journal International.
Robert A., Pubellier M., de Sigoyer J., Vergne J., Lahfid A., Cattin R., Findling N. & Zhu J. (2010) Structural and thermal features of the Longmen
Shan Mountain, Tectonophysics.
Robert A., Zhu J., Vergne J., Cattin R. de Sigoyer J., Chan L.-S., Pubellier M., Wittlinger G., Wu W., Farra V., Herquel G., Zhu L. D., Wu L.-Z.
Doin M.-P., Duchêne S., Godard V., Billerot A., Lasserre C., Lavé J., Pik R. & Vanderhaeghe O. (2010) Crustal structures in the area of the 2008
Sichuan Earthquake from geophysics and geology, Tectonophysics.
Distribution des déplacements cosismiques du
séisme du Sichuan (mai 2008) obtenu par SPC
d’images d’amplitude radar. Les vecteurs
représentent la composante horizontale du
déplacement, et les couleurs la composante
verticale. La trace de la rupture est en rouge. La
déformation co-sismique est partitionnée, en relation
avec la structure géologique et en particulier la
présence d’un chevauchement aveugle au front du
système (de Michele et al., 2010).
BF : Beichuan fault ; GF : Guanxian fault ; WF :
Wenchuan fault ; XF : Xiaoyudong fault.
1.1.2 La frontière Inde-Arabie : anatomie d’un décrochement océanique actif
Nicolas Chamot-Rooke (ENS), Marc Fournier (ISTeP), Mathieu Rodriguez (ENS/ ISTeP), Philippe Huchon (ISTeP),
Matthias Delescluse (ENS), Alain Rabaute (ISTeP), Carole Petit (GéoAzur), Marie-Odile Beslier (GéoAzur),
Sébastien Zaragosi (Bordeaux), Julien Bourget (Bordeaux), Hélène Hébert (CEA).
La frontière Inde-Arabie est une des structures tectoniques majeures de l’océan Indien nord-ouest. C’est le
long de la marge est-omanaise que s’est effectué le grand mouvement de coulissage senestre de l’Inde au
Crétacé, « pendant » occidental des décrochements dextres birmans à l’est. Cette limite – toujours active – est
jalonnée par des failles dont l’activité récente est enregistrée à la fois dans le plancher océanique et dans les
séries sédimentaires. En collaboration avec l’Institut des sciences de la Terre de l’université Paris 6 (thèse de
Mathieu Rodriguez en cours, en cotutelle avec l’ISTeP), nous avons obtenu les premières preuves in situ d’un
mouvement décrochant actif dextre lors d’une première campagne océanographique (chef de mission Marc
Fournier), puis cartographié en 2009 la totalité de la frontière de plaque. Nous avons découvert des
glissements sous-marins profonds dont nous étudions actuellement l’impact tsunamigénique (collaboration avec
le CEA), ainsi qu’un nouveau type de bassin - d’origine tectonique - à l’exutoire du cône de l’Indus
(collaboration avec l’Université de Bordeaux). Nous avons conduit en 2012 une campagne sismique (chef de
7/75
mission Nicolas Chamot-Rooke, mission SHOM et GENAVIR) qui nous a permis d’imager les déformations
précoces le long de ce grand décrochement.
Principaux résultats obtenus :
(1) Cartographie multifaisceaux des escarpements de failles de la zone de fracture d’Owen (Fournier
2008)
(2) Cinématique d’ouverture du Golfe d’Aden (Fournier & Chamot-Rooke 2009)
(3) Découverte et analyse structurale d’un bassin en pull-apart (Rodriguez 2011 & 2012)
(4) Etude de son remplissage par les mégaturbidites de l’Indus (Bourget 2012)
(5) Modélisation numérique des grands glissements sédimentaires de la Ride d’Owen (Rodriguez 2012)
Bourget J., S. Zaragosi, M. Rodriguez, M. Fournier, T. Garlan & N. Chamot-Rooke (2012) Late Quaternary megaturbidites of the Indus Fan: origin
and stratigraphic significance, Earth Planet. sci. Lett., en révision.
Fournier M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, O. Fabbri, P. Huchon, B. Maillot & C. Lepvrier (2008) In-situ evidence for dextral active motion at the
Arabia-India plate boundary, Nature Geoscience.
Fournier M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, O. Fabbri, P. Huchon, B. Maillot & C. Lepvrier (2008) Do ridge-ridge-fault triple junctions exist on earth?
Evidence from the Aden-Owen-Carlsberg junction in the NW Indian Ocean, Basin Research
Fournier M. & N. Chamot-Rooke (2010), Naissance d’un océan, la dorsale de Sheba, Pour La Science.
Fournier M., N. Chamot-Rooke, C. Petit, P. Huchon, A. Al-Kathiri, L. Audin, M.-O. Beslier, E. d’Acremont, O. Fabbri, J.-M. Fleury, K. Khanbari,
C. Lepvrier, S. Leroy, B. Maillot & S. Merkouriev (2009) Arabia-Somalia plate kinematics, evolution of the Aden-Owen-Carlsberg triple junction, and
opening of the Gulf of Aden, J. Geophys. Res..
Fournier M., N. Chamot-Rooke, M. Rodriguez, P. Huchon, C. Petit, M.-O. Beslier, & S. Zaragosi (2010) Owen Fracture Zone: the Arabia-India
plate boundary unveiled, Earth Planet. sci. Lett.
Rodriguez, M., N. Chamot-Rooke, H. Hébert, M. Fournier & P. Huchon (2012) Numerical modelling of tsunami generation and propagation from
submarine landslides along the Owen Ridge (NW Indian Ocean), Geophys. Res. Lett, soumis.
Rodriguez, M., M. Fournier, N. Chamot-Rooke, P. Huchon, S. Zaragosi & A. Rabaute (2012) Mass wasting processes along the Owen Ridge
(Northwest Indian Ocean), Marine Geology, sous presse.
Rodriguez M., M. Fournier, N. Chamot-Rooke, P. Huchon, J. Bourget, M. Sorbier, S. Zaragosi & A. Rabaute (2011) Neotectonics of the Owen
Fracture Zone (NW Indian Ocean): structural evolution of an oceanic strike-slip plate boundary, Geochem. Geophys. Geosyst.
1.1.3 Déformations intraplaques court-terme et long-terme dans l’océan indien
Matthias Delescluse (ENS), Nicolas Chamot-Rooke (ENS), Rodolphe Cattin (Univ. Montpellier), Luce Fleitout
(ENS), Olga Trubienko (ENS), Christophe Vigny (ENS), Alain Rabaute (ISTeP)
Nous avons également travaillé sur le système décrochant oriental, dans la continuité des travaux de thèse de
Matthias Delescluse sur la déformation intraplaque dans l’Océan Indien (couplage avec le thème « Failles »).
Les contraintes de Coulomb suite au séisme de Banda-Aceh (2004) ont été calculées en domaine continental
(plaque supérieure, Cattin 2009) et océanique (plaque inférieure), ainsi que la relaxation visqueuse post-Aceh
dans l’asthénosphère. Nous proposons une interprétation tectonique, cinématique et sismologique de la crise
exceptionnelle qui vient de se produire en déformation intraplaque en avril 2012 (Delescluse et al., article sous
presse à Nature).
Cattin R., N. Chamot-Rooke, M. Pubellier, A. Rabaute, M. Delescluse, C. Vigny, L. Fleitout & P. Dubernet (2009) Stress change & effective
friction coefficient along the Sumatra-Andaman-Sagaing fault system after the 26 December 2004 (Mw=9.2) and the 28 March 2005 (Mw=8.7)
earthquakes, Geochem. Geophys. Geosyst.
Delescluse M., N. Chamot-Rooke, R. Cattin, L. Fleitout, O. Trubienko & C. Vigny (2012) April 2012 intraoceanic seismicity off Sumatra boosted
by the Banda-Aceh megathrust, Nature, sous presse.
Delescluse M. & N. Chamot-Rooke (2008) Serpentinization pulse in the actively deforming Central Indian Ocean, Earth Planet. Sci. Lett.
Delescluse M., L. Montési & N. Chamot-Rooke (2008) Fault reactivation and selective abandonment in the oceanic lithosphere, Geophys. Res. Lett.
« Boost » de la sismicité intraplaque
consécutif au séisme d’Aceh de
2004. Nous interprétons la crise de
2012 (deux séismes intraplaques de
magnitude Mw8.2 et 8.6) comme
une conséquence de la déformation
long-terme entre les plaques
Australie
et
Inde,
et
de
l’augmentation
de
contrainte
(élastique dans la plaque et
visqueuse dans l’asthénosphère) à
la suite du mégaséisme d’Aceh de
2004.
8/75
1.1.4 Déformation actuelles (géodésiques) et récentes (géologiques) en Méditerranée
Nicolas Chamot-Rooke (ENS), Eugénie Pérouse (ENS), Pierre Briole (ENS), Mathieu Rodriguez (ENS/ ISTeP),
Hélène Hébert (CEA), Jean Roger (post-doc ENS 2010), Alain Rabaute (ISTeP), Michel Sébrier (ISTeP),
collaboration avec la Bulgarie (NICCC), l’IUEM Brest, l’Univ. de Cergy et GéoAzur à Nice.
Nos travaux en Méditerranée s’appuient sur des données marines et des travaux géodésiques et géologiques à
terre. En mer, les synthèses de données marines effectuées il y a quelques années (cf. bilan du quadriennal
précédent) sont complétées par des profils sismiques d’origine pétrolière (programme GRI-Tethys). En
collaboration avec l’université de Cergy et GéoAzur, nous étudions les structures de la plaque plongeante face
au fossé hellénique, et en particulier l’impact de la structuration précoce de la plateforme africaine (marge
Neo-téthysienne) sur la Ride Méditerranéenne (thèse de Stavros Arsenikos). A terre, les mesures géodésiques
nous ont permis de proposer un nouveau modèle de déformation active et de discuter les principales structures
tectoniques (faille Nord-Anatolienne, subduction hellénique et calabraise, bloc Ionio-Apulien) et les relations
possibles entre les mouvements de surface et la dynamique du manteau (thèse d’Eugénie Pérouse). Le jeu des
failles récentes à l’extrémité ouest du Golfe de Corinthe a pu être contraint par une étude géomorphologique
sur le terrain couplée à des mesures des cosmonucléides. Enfin, une synthèse des failles actives réalisée dans
le cadre de l’ANR Maremoti est en cours d’exploitation (cartes néotectoniques, failles tsunamigéniques). Ce
sous-thème est intimement lié au thème « Failles ».
Gallais F., M. A. Gutscher, D. Graindorge, N. Chamot-Rooke & D. Klaeschen (2011) A Miocene tectonic inversion in the Ionian Sea (Central
Mediterranean): evidence from multi-channel seismic data, J. Geophys. Res.
Pérouse E., N. Chamot-Rooke, A. Rabaute, P. Briole, F. Jouanne, I. Georgiev & D. Dimitrov (2012) Bridging onshore and offshore present-day
kinematics of the Central and Eastern Mediterranean: implications for crustal dynamics and mantle flow, Geochem. Geophys. Geosyst., en revision.
Rodriguez M., N. Chamot-Rooke, H. Hébert, A. Rabaute & J. Roger (2012) Numerical modelling of tsunami generation and propagation from the
Gorringe Bank debris avalanche (North East Atlantic Ocean), Geophys. Res. Lett., soumis.
Rabaute A. & N. Chamot-Rooke (2012) Carte néotectonique de la région Siculo-Tunisienne
Roger J., S. Allgeyer, H. Hébert, M. A. Baptista, A. Loevenbruck & F. Schindelé (2010) The 1755 Lisbon tsunami in Guadeloupe archipelago :
source sensivity and investigation of resonance effects, The Open Oceanography Journal.
Roger J., M. A. Baptista, A. Sahal, F. Accary, S. Allgeyer & H. Hébert (2010) The transoceanic 1755 Lisbon tsunami in Martinique, Pure and
applied geophysics.
Roger J., H. Hébert, J. C. Ruegg & P. Briole (2011) The El Asnam 1980 October 10 inland earthquake : a new hypothesis of tsunami generation,
Geophys. J. Int.
Géodynamique actuelle et récente en
Méditerranée Centrale et Méditerranée
Orientale. A partir de données de séismes,
de mesures géodésiques (GPS) et de
cartographie des failles, nous proposons un
modèle de déformation active qui tient
compte des contraintes géologiques à la fois
en mer et à terre (Pérouse et al.,G3 en
révision).
1.2. MECANISMES D’OUVERTURE ET DE FERMETURE DES BASSINS
1.2.1 Mécanismes d’amincissement : de l’étirement continental au propagateur océanique en Mer de
Chine
Manuel Pubellier (ENS), Florian Meresse (ENS), Dimitri Savva (ENS), Kenny Wong Po (ENS), François Sapin (ENS,
maintenant chez TOTAL), Jean-Claude Ringenbach (TOTAL), Jean-Luc Auxiètre (TOTAL), Benoit Mouly
(TOTAL), Lung Sang Chan (Univ. Hong-Kong), Kar-Fai Leung (Univ. Hong-Kong), Wen-Lue Shen (Univ. HongKong), Dieter Franke (BGR), Stephan Steuer (BGR), Nicolas Chamot-Rooke (ENS).
9/75
La Mer de Chine du Sud permet d’observer l’écroulement gravitaire d’une chaîne andine, suivi d’un rifting
marqué par des grabens étirés, et de la formation d’une croûte océanique associée à un propagateur.
L’imagerie sismique apporte de nouvelles contraintes sur les mécanismes de l’étirement : nous avons pu
montrer que des grands cisaillements d’échelle crustale mettent en contact direct les sédiments syn-rifts sur le
manteau supérieur. Ces nouvelles données amènent à reconsidérer totalement non seulement les processus,
mais aussi le calendrier tectonique de la région. Cette étude s’appuie sur un Groupe Recherche Industrie que
nous pilotons avec nos partenaires industriels (TOTAL).
Chan L. S., K. F. Leung, W. Shen & M. Pubellier (2008) Geological structures in Mirs Bay-Dapeng Peninsula region, Bull. Geol. Soc. Hong Kong.
Chan L. S., W. L. Shen & M. Pubellier (2010) Polyphase rifting of greater Pearl River Delta region (South China): Evidence for possible rapid
changes in regional stress configuration, J. Struct. Geol.
Sapin F., M. Pubellier, A. Lahfid, D. Janots, C. Aubourg & J. C. Ringenbach (2011), Onshore record of the subduction of a crustal salient:
example of the NW Borneo Wedge, Terra Nova.
Sapin F., J. C. Ringenbach, T. Rives & M. Pubellier (2012) Counter-regional normal faults in shale-dominated delta: origin, mechanism and
evolution, Marine and Petroleum Geology, sous presse.
Pubellier M. & F. Meresse (2012) Phanerozoic Growth of Asia; Geodynamic Processes and Evolution, Journal of Asian Earth Sciences.
Steuer S., D. Franke, F. Meresse, D. Savva, M. Pubellier, B. Mouly, M. Aurelio & J.-L. Auxiètre (2012) Constraints on the evolution of southern
Palawan Island, Philippines from an on- and offshore correlation of the Miocene Limestones, Journal of Asian Earth Science, soumis.
Savva D., F. Meresse, M. Pubellier, N. Chamot-Rooke, L. Lavier, K. Wong Po, D. Franke, S. Steuer, F. Sapin & J.-L. Auxiètre (2012) Seismic
evidence of hyper-stretched crust and mantle exhumation offshore Vietnam, Tectonophysics, soumis.
1.2.2 Mécanique des chevauchements dans les chaînes d’avant pays et les prismes d’accrétion
Yves Leroy (ENS), Nadaya Cubas (E NS), Pauline Souloumiac (ENS, Univ. Cergy maintenant), Adeline Pons (ENS),
Günther Kampfer (ENS), Bertrand Maillot (Univ. Cergy), Siegfried Lallemant (Univ. Cergy), Kristian
Krabbenhoft (Univ. Newcastle), Régis Mourgues (Univ. Maine)
La modélisation du développement des chevauchements dans les chaînes se heurte à la difficulté de la prise en
compte des discontinuités de déplacement (failles) et repose le plus souvent sur une construction géométrique
grâce à des règles simples (e.g. conservation de volume ou de longueur). Nous collaborons depuis quelques
années avec l'université de Cergy-Pontoise afin de compléter ces méthodes géométriques par une approche
mécanique. Nous avons ainsi pu démontrer que tout modèle géométrique, comme le pli de propagation de
rampe, peut être équilibré mécaniquement et prendre en compte la résistance finie des roches. La même
méthode peut être étendue à la prise en compte des surpressions de fluide et ainsi permettre la détermination
des surpressions nécessaires à l'activation des failles satellites en bordure des zones sismogéniques des prismes
d'accrétion. Parallèlement, un travail expérimental incluant les pressions de fluide a été réalisé afin de valider
les théories classiques et les résultats numériques.
Cubas N., Y. M. Leroy & B. Maillot (2008) Prediction of thrusting sequences in accretionary wedges, J. Geophys. Res.
Kampfer G. & Y. M. Leroy (2009) Imperfection and burial-depth sensitivity of the initiation and development of kink folds in laminated rocks, J. Mech.
Phys. Solids.
Souloumiac P., K. Krabbenhoft, Y. M. Leroy & B. Maillot (2010) Failure in accretionary wedges with the maximum strength theorem : numerical
algorithm and 2D validation, Comput. Geosci.
Souloumiac P., Y. M. Leroy, B. Maillot & K. Krabbenhoft (2009) Predicting stress distributions in fold-and-thrust belts and accretionary wedges by
optimization, J. Geophys.Res.
Kampfer G. & Y. M. Leroy (2012) The competition between folding and faulting in the upper crust based on the maximum strength theorem, Proc. R.
Soc. A-Math. Phys. Eng. Sci.
Pons A. & Y. M. Leroy (2012) Stability of accretionary wedges based on the maximum strength theorem for fluid-saturated porous media, J. Mech.
Phys. Solids.
Souloumiac P., B. Maillot & Y. M. Leroy (2012) Bias due to side wall friction in sand box experiments, J. Struct. Geol.
Pons A. & R. Mourgues (2012) Deformation and stability of over-pressured wedges - insight from sandbox models, accepté avec révision au JGR.
Pons A., Y.M. Leroy & S. Lallemant (2012) Fluid pressure conditions for the activation of the splay-fault in the Kumano transect, Nankai, South-West
Japan, soumis à EPSL.
1.2.3 Dynamique de l’exhumation et de l’obduction
Plusieurs résultats importants concernent la dynamique d’exhumation des roches de haute pression dans les
zones de subduction : des éclogites parmi les plus jeunes au monde ont été découvertes dans la chaîne de
Lengguru en Papouasie-Nelle Guinée, posant le problème de la vitesse d’exhumation ; la carpholite a été
découverte dans des massifs en reliques le long de la suture d’Izmir–Ankara en Turquie ; le domaine des
schistes lustrés alpins a été revisité ; enfin, de nouvelles contraintes métamorphiques sur l’exhumation de la
dalle du Tibet ont été obtenues.
10/75
Du prisme à l’exhumation des éclogites : la chaîne de Lengguru en Papouasie-Nelle Guinée
Vivien Bailly (maintenant chez Total), Julia de Sigoyer (ENS), Manuel Pubellier (ENS), François Sapin (ENS,
maintenant chez TOTAL), Alain Cocherie (BRGM), Camille François (IPGP stage de M2)
Vivien Bailly (doctorat en cotutelle ENS-Total) a montré que la structuration du prisme d’accrétion de Lengguru
est extrêmement récente (11-2 Ma). La découverte d’éclogites dans la zone interne de ce prisme rend compte
des premiers stades de convergence continentale en subduction avant qu’ils ne soient oblitérés par la collision.
L’étude pétrologique montre un pic de métamorphisme >17-20 kbar pour des T° de 650°C. Ces roches de HP
sont probablement les plus jeunes au monde comme l’attestent les âges U-Pb sur zircons (8-7 Ma) obtenus par
ablation laser ICPMS sur les métapélites. L’exhumation de ces roches éclogitisées est associée à une
augmentation de température jusqu’à 700°C datée à 6-5 Ma. La rapidité de l’exhumation et du réchauffement
enregistrés dans ce prisme nécessite des mécanismes d’exhumation efficaces, impliquant un retrait ou
détachement de panneau plongeant.
Bailly V., M. Pubellier, J. C. Ringenbach, J. de Sigoyer & F. Sapin (2009) Deformation zone ‘jumps’ in a young convergent setting; the Lengguru
fold-and-thrust belt, New Guinea Island, Lithos.
Sapin F., M. Pubellier, J. C. Ringenbach & V. Bailly (2009) Alternating thin versus thick-skinned decollements, example in a fast tectonic setting:
The Misool-Onin-Kumawa Ridge (West Papua), J. Struct. Geol.
Mécanismes d’obduction et prismes d’accrétions associés
Christian Chopin (ENS), Philippe Agard (UPMC), Aral Okay (ITU Istanbul), Alexis Plunder (doct. ENS)
La zone de suture d’Izmir–Ankara (Anatolie Occidentale) offre à l’affleurement des roches de haute pression
qui sont parmi les plus ‘froides’ du monde et un exemple d’obduction de très grande ampleur, dont la
comparaison avec celui d’Oman s’impose. Grâce en particulier à la découverte de Fe-Mg carpholite, la
caractérisation des différents degrés métamorphiques à l’intérieur du complexe d’accrétion présent en
reliques le long de la suture est en cours (thèse Plunder), et vise à apporter des précisions sur le
fonctionnement d’un chenal de subduction et la structure du prisme d’accrétion pendant l’obduction. Ceci
grâce aussi à des développements méthodologiques (cf. point C).
Chaîne Himalayenne
Julia de Sigoyer (ENS), Laurent Bollinger (LRC-CEA), Loïc Labrousse (UPMC-ISTeP)
Ce projet impliquant différents membres du LRC porte sur l’étude métamorphique du cristallin du Haut
Himalaya (HHC) dans l’est Népal. Le premier objectif de cette étude concerne la recherche de reliques de
croûte inférieure indienne éclogitisée, décrites dans le HHC du Népal. Les concepts les plus récents de
l’ensemble Himalaya-Tibet suggèrent un sous plaquage de la croûte inférieure indienne sous le plateau tibétain
sur plus de 500 km de long (Nabelek et al., 2010). Cette croûte inférieure découplée de la croûte supérieure
est très rarement exhumée au sein du prisme Himalayen. Les rares reliques de croûte inférieure observées
permettent de rendre compte des conditions (éclogitiques ou granulitiques) dans lesquelles se trouve la croûte
inférieure sous l’ensemble Himalaya-Tibet. La mission de terrain en avril 2010 n’a pas permis d’échantillonner
ces roches basiques en revanche elle a permis de travailler dans une zone où la structuration du HHC est
complexe car il est découpé par plusieurs zones de chevauchement. Ces niveaux de cisaillement majeurs ont
pu fonctionner successivement pour permettre l’exhumation de la dalle du Tibet. Une étude métamorphique et
géochronologique au travers de ces zones de cisaillement ductile est en cours en collaboration avec John
Cottle de l’université de Santa Barbara et Thomas Chartier (étudiant de M1) afin de rendre compte des
déplacements et de leur chronologie au sein du HHC.
1.3. INSTRUMENTS ET METHODES, NOUVEAUX OUTILS
1.3.1 Magnétisme des roches lié à l’étude des bassins : évolution des argiles à basse température
Jean-Pierre Pozzi (ENS), Charles Aubourg (Univ. Pau), Myriam Kars (doct. ENS), François Sapin (doct. ENS,
maintenant TOTAL), D. Janots (CDD ENS)
Nous avons démontré que les argiles évoluent à partir de 60°C. Seules les mesures magnétiques sont assez
sensibles pour quantifier ces modifications minéralogiques. Ce résultat nous a amenés à proposer, avec C.
Aubourg, un nouveau géothermomètre basse température, connu sous le nom de Mageval et efficace dès 60°C
jusqu'à 150°C, c'est à dire dans les domaines de températures de formation des hydrocarbures. Ce procédé a
été testé au cours de la thèse de François Sapin puis il a fait l'objet de la thèse de Myriam Kars au laboratoire
(Cifre avec Total), soutenue en janvier 2012 avec des mesures dans des forages pétroliers et de nombreux tests
en laboratoire. La caractérisation des minéraux magnétiques produits par le réchauffement de la formation
11/75
géologique se fait par l'identification des transitions magnétiques caractéristiques à très basses températures,
jusqu'à 10 K. Cette nouvelle méthode a fait l’objet d’un dépôt de brevet en 2007, étendu en 2009.
Kars, M., C. Aubourg, J. P. Pozzi, D. Janots (2012) Continuous production of nanosized magnetite through low grade burial, Geochem. Geophy.
Geosys. 13
Kars, M., C. Aubourg, J.P. Pozzi (2011), Low temperature magnetic behaviour near 35 K in unmetamorphosed claystones, Geophys. J. Int., 186,
1029-1035
Aubourg, C., J.P. Pozzi (2010), Toward a new < 250 °C pyrrhotite-magnetite geothermometer for claystones, Earth Planet. Sci. Lett., 294, 47-57
1.3.2 Thérmobarométrie, hautes pressions et/ou basses températures
Christian Chopin (ENS), Teddy Parra (IFPEN), Franck Bourdelle (doct. CIFRE), Abdeltif Lahfid (doct. CIFRE),
Philippe Agard (ISTeP), Alexis Plunder (doct. ENS), Olivier Beyssac (IMPMC)
La forte dépendance en température de l'état structural de la matière carbonée lors de la transformation des
sédiments, tel qu'on y accède par la microspectrométrie Raman, a permis à Olivier Beyssac le développement
d’un géothermomètre à maximum sans équivalent dans la gamme 300-600°C. Son extension possible jusqu’à
200°C vient d’être démontrée (Lahfid et al., 2010), se rapprochant ainsi de la « fenêtre à huiles » et de ses
enjeux économiques. C’est aussi un outil privilégié pour établir la structure thermique passée de prismes
d’accrétion ou de chaînes de collision, en complément et en comparaison d’autres techniques liées aux
équilibres de phases.
Le même souci d’étendre les outils thermométriques vers les basses températures était au cœur de la thèse de
F. Bourdelle (coll. T. Parra, IFP). Elle a permis le développement d’une méthode analytique de haute
résolution spatiale et l’adaptation d’une thermométrie fondée sur la composition des phyllosilicates mica et
chlorite, réalisant le passage des domaines métamorphiques à celui de la diagenèse.
Gabalda S., O. Beyssac, L. Jolivet, P. Agard, C. Chopin (2009): Thermal structure of a fossil subduction wedge in the Western Alps. Terra Nova, 21,
28-34.
Lahfid A., O. Beyssac, E. Deville, F. Negro, C. Chopin, B. Goffé (2010): Evolution of the Raman spectrum of carbonaceous material in low-grade
metasediments, Glarus Alps (Switzerland). Terra Nova, 22, 354-360
Plunder A., P. Agard, B. Dubacq, C. Chopin & M. Bellanger (2012) How continuous and precise is the record of P-T paths? Insights from combined
thermobarometry and thermodynamic modelling into subduction dynamics (Schistes Lustrés, W. Alps), J. Metamorphic Geol., 30, 323-346.
Bourdelle F., T. Parra, O. Beyssac, C. Chopin, F. Moreau (2012): Ultrathin section preparation of phyllosilicates by Focused Ion Beam milling for
quantitative analysis by TEM-EDX. Applied Clay Science, 59-60, 121-130. [Et deux articles en révision]
1.3.3 Paléo-climats, paléo-biologie : influence des chaînes
Eric Buffetaut (ENS), Romain Amiost (CNRS Lyon)
Les principaux résultats dans ce domaine ont été obtenus en Asie du Sud-Est (Thaïlande) et en Chine (Province
de Guangxi dans le Sud, Liaoning dans le NE). L’approche utilisée est la géochimie isotopique appliquée aux
restes de vertébrés mésozoïques (collaboration avec Romain Amiost, CNRS, Lyon). Il a notamment été possible
de montrer un passage d’un climat sec à un climat plus humide en Asie du SE entre la fin du Jurassique et le
Crétacé inférieur, avec une possible influence de l’orographie (rôle des « paléo-Qinling »). D’autre part, ces
études ont révélé des climats particulièrement frais dans le NE de la Chine durant certaines périodes du
Crétacé inférieur (Barrémien-Albien inférieur). L’influence possible de la formation de chaînes de montagne
sur la répartition géographique des vertébrés en Asie durant le Crétacé inférieur a également été mise en
évidence.
Buffetaut E., Suteethorn V., Tong H. & Amiot R. (2008) An Early Cretaceous spinosaurid theropod from southern China, Geological Magazine, 145,
745-748.
Buffetaut E. (2008) First evidence of the giant bird Gastornis from southern Europe: a tibiotarsus from the Lower Eocene of Saint-Papoul (Aude,
southern France), Oryctos, 7, 75-82.
Amiot R., Buffetaut E., Lécuyer C., Fernandez V., Fourel F., Martineau F. & Suteethorn V. (2009) Oxygen isotope composition of continental
vertebrate apatites from Mesozoic formations of Thailand; environmental and ecological significance, Geological Society London, Special
Publications, 315, 271-283.
Amiot R., Buffetaut E., Lécuyer C., Wang X., Boudad L., Ding Z., Fourel F., Hutt S., Martineau F., Medeiros M.A., Mo J., Simon L., Suteethorn
V., Sweetman S., Tong H., Zhang F. & Zhou Z. (2010) Oxygen isotope evidence for semi-aquatic habits among spinosaurid theropods, Geology, 38,
139-142.
Amiot R., Wang X., Lécuyer C., Buffetaut E., Boudad L., Cavin L., Ding Z., Fluteau F., Kellner A.W.A., Tong H. & Zhang F.(2010) Oxygen and
carbon isotope compositions of middle Cretaceous vertebrates from North Africa and Brazil: Ecological and environmental significance,
Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 297, 439–451.
Buffetaut E.(2010) Spinosaurs before Stromer: early finds of spinosaurid dinosaurs and their interpretations. Geological Society, London, Special
Publications, 343, 175-188.
Angst D., Buffetaut E. & Abourachid A. (2011) The end of the fat dodo? A new mass estimate for Raphus cucullatus, Naturwissenschaften, 98,
233-236.
12/75
2. BILAN DU THEME : FAILLES ET ALEA SISMIQUE
Ce thème a impliqué beaucoup de chercheurs du laboratoire, avec des croisements et recouvrements avec
d’autres thèmes : les failles et les séismes se trouvent aussi dans les chaînes de montagnes et les bassins, et le
cycle sismique intervient dans les couplages rhéologiques plaques/manteau. Nous nous sommes efforcés de
passer de la très grande échelle de la planète Terre à la petite échelle de l’échantillon de laboratoire, liant
observations géologiques et mesures (géodésiques et sismologiques) en milieu naturel et mesures
expérimentales au travers de modèles mécaniques novateurs.
2.1. COUPLAGE AUX FRONTIERES DE PLAQUES
2.1.1 Couplage et segmentation de la subduction chilienne
Le séisme de Maule (Mw = 8.8, Chili, 27/02/2010) s’est produit dans une zone qui présentait un déficit de
sismicité attesté par des campagnes de mesures sismologiques locales, et un fort taux d’accumulation de
déformation attesté par les mesures GPS que nous avons réalisées ces dernières années le long de la subduction
chilienne. Ces mesures mettent en évidence de longues zones fortement couplées séparées par des zones plus
étroites où le couplage diminue fortement. Ces zones montrent une très bonne corrélation avec les ruptures
historiques et donc la segmentation de la subduction (Métois et al. 2012). Les zones faiblement couplées qui
semblent arrêter la plupart des ruptures sismiques sont liées à des structures géographiques (pointes, baies,
péninsules) de la plaque supérieure et morphologiques (failles transformantes, dorsales fossiles) de la plaque
subductante. Dans le cadre de la thèse de G. Ducret, nous avons analysé l'ensemble de l'archive de données
SAR disponible pour la période 1992-2011, pour apporter des contraintes sur la déformation de surface entre
25S et 35S. L’ensemble des données interférométriques permet de construire une carte de déformation
intersismique qui complète les analyses GPS effectuées par le laboratoire en apportant une meilleure
sensibilité verticale et continuité géographique. Par ailleurs, une première étude, sur l’essaim sismique de
Copiapo de 2006 (Mw = 6.9), qui se produit sur l’une de ces péninsules où le couplage est faible, a permis pour
la première fois de séparer les contributions co- et post-sismiques. L'inversion du déplacement de surface
montre que le déplacement post-simique est plus profond que le co-sismique mais d'amplitude comparable. Les
plus grands séismes traversent parfois certains segments. On peut donc se poser la question de la stationnarité
dans le temps du couplage : après un séisme le couplage est faible puisque la zone est en fluage post-sismique.
A quelle échelle de temps celui-ci se réinstalle-t-il ? Aussitôt après que la relaxation post-sismique est
terminée ? Beaucoup plus tard au terme d’un long processus à l’échelle du cycle sismique ? Le fonctionnement
physique de ce système (fluage sismique/a-sismique vs. aspérités purement sismiques) n’est pas encore
élucidé. Nous pensons néanmoins avoir « mis le doigt » sur quelque chose d’important, et voulons poursuivre
l’effort de quantification de la plaque Sud-Américaine tout au long de la subduction.
Madariaga, R., M. Metois, C. Vigny, and J. Campos (2010), Central Chile finally breaks, Science, v. 328(5975), pp. 181-182, doi :
10.1126/science.1189197.
Metois, M., A. Socquet, and C. Vigny (2012), Interseismic coupling, segmentation and mechanical behavior of the central Chile subduction zone, J.
Geophys. Res., v. 117, doi : B03406 10.1029/2011jb008736.
Ducret G., M.-P. Doin, R. Grandin, C. Lasserre, and S. Guillaso, "DEM corrections before unwrapping in a Small Baseline Strategy for InSAR time-series
analysis", 2012, soumis à IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters (GRSL)
Variation du couplage au long de la subduction. La courbe rouge montre les variations du couplage moyen (intégré sur toute la largeur du plan de
subduction) en fonction de la latitude. L’enveloppe rose décrit la variabilité des modèles. Les courbes noires décrivent la sismicité sur plusieurs
décennies, et la courbe verte décrit le glissement co-sismique (en moment équivalent) du séisme de Maule. Des zones de faible couplage (bandes
grises) qui bornent des zones plus fortement couplées sont mises en évidence. Cette « segmentation » semble respecter les ruptures historiques,
et surtout la rupture de 2010 qui correspond exactement au segment couplé de Maule.
Thème Failles et aléa sismique
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2.1.2 La zone de jonction triple des plaques Nord Amérique, Cocos et Caraïbe
A partir d’observations géodésiques au Guatemala, Salvador et Chiapas (Mexico), dont la mise en place a
débuté en 1999, et d’études sismologiques de terrain, nous avons proposé un modèle cinématique de la
déformation dans cette zone complexe de jonction triple : la vitesse relative des plaques NA/CA décroit
progressivement d’est en ouest de ~20 mm/an à l’est du Guatemala à ~ 0 mm/an vers l’ouest. Cette
décroissance est compensée par une déformation interne de l’extrémité ouest de la plaque Caraïbe qui s’étend
à ~9 mm/an, cette extension étant localisée notamment sur le graben de Guatemala City. L’arc volcanique
délimite, au sud, un bloc arc qui a un mouvement dextre de ~14 mm/an par rapport à la plaque Caraïbe au sud
Guatemala et Salvador. L’inversion de ce champ de vitesse indique que le couplage le long de la subduction de
la plaque Cocos varie latéralement avec un fort couplage sous le Mexique et un couplage faible sous le
Guatemala et le Salvador. Comme dans le cas du Chili, la signification physique de ces variations latérales
reste à étudier ainsi que les implications de ce modèle en termes d’aléa.
Franco, A., C. Lasserre, H. Lyon-Caen, V. Kostoglodov, E. Molina, M. Guzman-Speziale, D. Monterosso, V. Robles, C. Figueroa, W. Amaya, E. Barrier, L.
Chiquin, S. Moran, O. Flores, J. Romero, J. A. Santiago, M. Manea, and V. C. Manea (2012), Fault kinematics in northern Central America and
coupling along the subduction interface of the Cocos Plate, from GPS data in Chiapas (Mexico), Guatemala and El Salvador, Geophys. J. Int., v.
189(3), pp. 1223-1236, doi : 10.1111/j.1365-246X.2012.05390.x.
Franco, A., E. Molina, H. Lyon-Caen, J. Vergne, T. Monfret, A. Nercessian, S. Cortez, O. Flores, D. Monterosso, and J. Requenna (2009), Seismicity and
Crustal Structure of the Polochic-Motagua Fault System Area (Guatemala), Seismol. Res. Lett., v. 80(6), pp. 977-984, doi : 10.1785/gssrl.80.6.977.
Modèle cinématique et couplage de la subduction de la plaque
Cocos (Franco et al., 2012). Les chiffres indiquent les vitesses
relatives à la plaque Caraïbe en mm/an. Les mécanismes au
foyer des séismes crustaux (profondeur < 30 km) sont
représentés.
2.1.3 Accumulation de la déformation intersismique au Népal
Dans le cadre de l’ANR EFIDIR (http://efidir.fr) le laboratoire de Géologie de l’ENS et ses partenaires ont développé
de nouvelles méthodes permettant d’extraire du signal dans des interférogrammes fortement bruités par la
troposphère et la végétation. Ces avancées ont permis d’étudier des régions considérées auparavant comme
inaccessibles à la mesure, comme la limite de plaques Inde–Eurasie au sud de l’Himalaya. Cette région
constitue un objet géologique exceptionnel pour l’étude de la collision continentale, de la déformation
lithosphère associée, des séismes, des liens entre topographie, déformation, érosion, hydrologie. Grâce à de
nouveaux algorithmes de filtrage et traitement global de larges populations d’images ERS et ENVISAT, nous
avons pu détecter les effets de la topographie et de la saisonnalité atmosphérique et les corriger à l'aide de
données météorologiques indépendantes et d'un modèle analytique du délai troposphérique stratifié affectant
le signal radar (Jolivet et al., 2011). Ces corrections effectuées, nous avons interprété le signal résiduel comme
étant dû au soulèvement intersismique à l'aplomb de la zone de transition sous le Haut Himalaya dans la zone
du Graben de Thakkhola. La vitesse de soulèvement au front des Annapurnas (7 mm/an) peut être expliquée
par le glissement à une vitesse de 18-21 mm/an de la partie profonde (> 20–24 km) et à faible pendage (3–6°)
du Main Himalayan Thrust. Il n'existe pas de différence détectable entre le soulèvement observé dans la région
de Thakkhola et la région de Kathmandou, pourtant située à 200 km plus à l'Est. Ceci suggère que la variabilité
latérale du couplage le long du chevauchement Himalayen est très faible, comme le suggère aussi l’analyse des
observations GPS (Ader et al., 2012).
Grandin R., Doin M.-P., Bollinger L., Pinel-Puyssegur B., Ducret G., Jolivet R., and Sapkota S. , Long-term growth of the Himalaya inferred from
interseismic InSAR measurement, Geology, 2012, vol. 40, n°12 (december 2012), doi:10.1130/G33154.1.
Ader, T., J. P. Avouac, J. Liu-Zeng, H. Lyon-Caen, L. Bollinger, J. Galetzka, J. Genrich, M. Thomas, K. Chanard, S. N. Sapkota, S. Rajaure, P. Shrestha, L.
Ding, and M. Flouzat (2012), Convergence rate across the Nepal Himalaya and interseismic coupling on the Main Himalayan Thrust : Implications for
seismic hazard, J. Geophys. Res., v. 117, doi : B04403 10.1029/2011jb009071.
14/75
Soulèvement inter-sismique à l’aplomb de la zone de blocage (a et b) en accord avec les observations GPS.
2.1.4 Frontière inter ou intraplaque : le cas de la faille de Beichuan au cœur du LongmenShan
La chaîne des Longmen Shan (LM) située en bordure orientale du plateau Tibétain s’est structurée à la fin du
Trias et a été réactivée au Cénozoïque. Cette chaîne est caractérisée par un faible taux de convergence (moins
de 3 mm/an) et pourtant un exceptionnel gradient topographique entre le plateau tibétain à 4500 m d’altitude
et le craton Chine du Sud à 500 m. La faille de Beichuan au cœur de la chaîne accommode l’exhumation du
socle cristallin sur l’avant-pays et a été le siège d’un séisme majeur (Mw=8) le 12 mai 2008 qui a conduit à
reconsidérer l’aléa sismique dans la région. Nous avons travaillé sur les marqueurs géologiques pour estimer
une vitesse long terme de la faille de Beichuan qui sera comparée dans le futur aux données géodésiques au fur
et à mesure de leur acquisition et disponibilité. Les échantillons prélevés au toit de la faille sont
métamorphisés dans le faciès schiste vert. Deux générations de chlorites et de phengites sont identifiées par
des cartographies chimiques sur un échantillon. Les estimations thermobarométriques de ces deux paragénèses
montrent un premier stade du métamorphisme à 350°C et 500 MPa suivi d’un approfondissement quasi
isotherme jusqu’à 1GPa, ce qui indique que la zone de la faille de Beichuan permet l’exhumation de socle
depuis 30 km de profondeur après une phase d’épaississement. Les données thermochronologiques de Wang et
al. (2012) montrent deux stades de surrection du massif cristallin situé dans le toit de la faille de Beichuan,
l’un vers 30-25 Ma suivi d’une réactivation entre 15-10 Ma. Ces phases de surrection correspondent sans doute
à l’exhumation de ce massif cristallin après l’épisode d’épaississement enregistré par la deuxième génération
de chlorite et micas. Nous souhaitons maintenant dater in situ en 39Ar/40Ar ces deux générations de micas et
dater les allanites (épidotes) qui ont pu cristalliser pendant les épisodes schiste vert pour caractériser les
phases d’épaississement. Quatre forages à plus de 4 km de profondeur effectués par la Chinese Academy of
Sciences, au travers de la faille de Beichuan, montrent l’imbrication d’écailles de socle (provenant du toit de
la faille) et de sédiments triasiques charbonneux (provenant du mur). Nous voulons mener une étude
pétrographique et géochronologique des échantillons prélevés de part et d’autre de la faille dans ces écailles.
Plusieurs niveaux de gouges existent au travers de cette structure, que l’on peut relier à autant de séismes ;
certaines contiennent une quantité importante de graphite. Or le degré de graphitisation de la matière
organique est dépendant de la température. Nous espérons pouvoir déduire la température atteinte pendant
un glissement cosismique en analysant la matière organique (par spectroscopie Raman) prélevée dans une de
ces gouges.
Godard, V., R. Pik, J. Lave, R. Cattin, B. Tibari, J. de Sigoyer, M. Pubellier, and J. Zhu (2009), Late Cenozoic evolution of the central Longmen Shan,
eastern Tibet : Insight from (U-Th)/He thermochronometry, Tectonics, v. 28, doi : 10.1029/2008tc002407.
Robert, A., M. Pubellier, J. de Sigoyer, J. Vergne, A. Lahfid, R. Cattin, N. Findling, and J. Zhu (2010), Structural and thermal characters of the Longmen
Shan (Sichuan, China), Tectonophys., v. 491(1-4), pp. 165-173, doi : 10.1016/j.tecto.2010.03.018.
15/75
(a,b) Microphotographies des zones de cartographie chimique. (e,f,) Cartographie du FeO dans les chlorites, deux groupes de
chlorites sont identifiables (f). (g,h) Carte de la teneur en Céladonite des micas blancs montrant deux générations de micas.
2.2. DYNAMIQUE DES ZONES DE FAILLES : EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE DE LA DEFORMATION
2.2.1 Activation de la sismicité dans la zone du méga séisme de Sumatra 2004
Les déformations de la lithosphère sont typiquement observées et modélisées à travers différentes échelles de
temps et d’espace. Les récents séismes d’avril 2012 dans l’océan Indien (dont le plus gros évènement
décrochant jamais enregistré) présentent la particularité de ne pas être situés sur une frontière de plaque
classique. Pour comprendre ces évènements, il faut intégrer le cadre géodynamique plus global de la plaque
Inde-Australie, de la collision himalayenne à la subduction de la plaque Australienne sous le bloc de la Sonde.
On peut cependant également les expliquer à beaucoup plus courte échelle de temps comme étant le résultat
d’une accélération de la déformation intraplaque Indo-Australienne depuis le séisme d’Aceh en 2004. Aux deux
échelles de temps, on observe l’Australie se détacher de son « frein » indien le long de failles transformantes
pré-existantes (Delescluse et al., 2012). Quels sont les processus qui peuvent permettre l’évolution vers une
nouvelle frontière de plaque localisée ? Les déformations de la lithosphère océanique posent la question de son
affaiblissement par des processus dont de nombreux indices laissent penser qu’ils sont liés aux fluides et à la
serpentinisation. Ces processus plutôt profonds sont difficilement observables et quantifiables in situ.
Delescluse M., N. Chamot-Rooke, R. Cattin, L. Fleitout, O. Trubienko and C. Vigny (2012), Intraoceanic seismicity off Sumatra boosted by the BandaAceh megathrust, Nature, in press
16/75
La modélisation cinématique montre, à partir du GPS en champs lointain et des mécanismes aux foyers des séismes, que l’Australie a un
mouvement significatif vers le nord par rapport à l’Inde. La plaque Indo-Australienne rompt le long de failles transformantes N-S à cause
du différentiel de forces aux frontières entre l’Himalaya et la subduction australienne (slab-pull). Le calcul des variations de contraintes de
Coulomb après le séisme d’Aceh (2004) sur des failles verticales N-S senestres est en accord avec la localisation de l’accélération de la
sismicité
2.2.2 Le rift de Corinthe : un laboratoire naturel pour l’étude des failles actives et leurs interactions
Dans le cadre du projet européen CRL (Corinth Rift Laboratory, http://crlab.eu), l’ENS est plus particulièrement en
charge du suivi des déformations crustales (GPS, INSAR) et de l’acquisition et de l’analyse des données
sismologiques recueillies par le réseau permanent de 13 stations (CRLNET).
Nous avons réalisé une relocalisation globale de l’ensemble de la base de données sismologiques acquises au
cours des 8 premières années de fonctionnement de CRLNET, soit plus de 65 000 événements (séjour
postdoctoral de Sophie Lambotte). Ce travail a permis d’obtenir une image extrêmement précise de la zone
sismique qui apparaît par endroit très localisée en profondeur et à d’autres endroits (notamment au centre du
golfe) plus éparse et complexe. Le modèle de Rigo et al. (1996) d’une simple zone de décollement sous le rift a
pu ainsi être réévalué avec ces nouveaux résultats et un modèle alternatif dans lequel l’extension est localisée
principalement sous le rift est proposé (Lambotte et al., 2013). Un point important concerne l’observation et
l’analyse des fluctuations spatio-temporelles de la sismicité que nous commençons à pouvoir apprécier grâce à
la continuité des mesures sur près de dix ans. Ces fluctuations sont très importantes avec l’existence de
bouffées d’activité sous la zone moyenne de décollement. Dans le même temps les vitesses des cinq stations
GPS permanentes déployées depuis 2002 n’ont montré aucune fluctuation temporelle et celles disponibles pour
le réseau dense de répétition continuent de montrer que l’extension est presque entièrement localisée dans la
partie centrale et immergée du rift, seules deux zones de la faille (Psathopirgos près de Patras et le cap
Psaromita) montrant des gradients. Une avancée récente et très importante permise par les séries GPS longues
associées aux données d’interférométrie radar concerne la mesure des mouvements verticaux dans le rift. Ces
données verticales sont tout à fait cruciales pour contraindre la rhéologie et les moteurs de la déformation.
Dans le cadre du projet ANR SISCOR, nous avons entrepris la construction d’un modèle mécanique (travail
postdoctoral de Saber El Arem) prenant en compte les contraintes apportées par les nouvelles données
sismologiques, GPS et par l’observation géologique des failles avec une estimation réactualisée de leur
mouvement (collaboration CRPG Nancy et IRSN). Enfin, les travaux réalisés dans le cadre de la thèse d’Eugénie
Pérouse permettent de replacer la tectonique du rift de Corinthe dans cadre géodynamique plus global, d’une
part à l’échelle de la Méditerranée orientale (Pérouse et al., 2012), d’autre part à l’échelle régionale de la
jonction entre le rift de Corinthe, la terminaison ouest de la subduction Hellénique, et la faille de Céphalonie
(Pérouse et al., 2013).
17/75
Plusieurs séismes significatifs se sont produits dans la zone de CRL ou à sa périphérie ces dernières années,
ainsi que d’importants essaims dans la partie ouest du rift, près des villes de Nafpaktos et Patras, dans la zone
centrale étudiée dans l’ANR SISCOR. En dépit de leur magnitude modérée (~Mw = 5.3), les séismes de 2010 près
de Nafpaktos ont produit des signaux GPS et interférométriques très clairs (plusieurs cm déplacements du sol)
confirmant une profondeur de 5-6 km vue par la sismologie et permettant de quantifier plus précisément
qu’avec la sismologie le glissement sur les failles et de rendre l’ensemble plus robuste par la comparaison des
moments sismiques géodésiques et sismologiques. Ce couplage entre approche sismologique et géodésique est
performant sur le site de CRL pour caractériser une sismicité de magnitude comprise entre M=5 et M=6 alors
que le plus souvent, lorsque les réseaux sont moins denses, seule la sismicité de magnitude supérieure à 6 est
accessible conjointement par l’ensemble des méthodes. Une part importante de la sismicité du pourtour
méditerranéen étant caractérisée par une sismicité pouvant produire des dommages importants dès les
magnitudes 5 à 5.5, nous pensons que l’approche observationnelle dense et long terme ainsi que les outils et
méthodes que nous développons avec nos partenaires peut constituer un apprentissage important applicable
ailleurs en Europe. C’est dans cet esprit que le site de CRL a été labellisé site instrumenté par l’INSU et
Supersite par le GEO.
Pérouse, E., N. Chamot-Rooke, A. Rabaute, P. Briole, F. Jouanne, I. Georgiev, and D. Dimitrov, Bridging onshore and offshore present-day kinematics of
the Central and Eastern Mediterranean : implications for crustal dynamics and mantle flow, Geochem. Geophy. Geosys, sous presse
Lambotte S., H. Lyon-Caen, P. Bernard, A . Deschamps, F. Pacchiani, A. Nercessian, M. Drilleau, P. Adamova, G. Patau, Reassessment of the rifting
process in the western Corinth rift from relocated seismicity, to be submitted to Geophys. J. Int., septembre 2012
Relocalisation de la sismicité
dans le rift de Corinthe par
double différence et analyse de
multiplets (~65 000 événements:
en bleu CRNET de 2000 à 2007,
en vert: juillet/aout 1991, en
rouge: répliques de Mw=6.2 de
1995). La géométrie des
multiplets est montrée en coupe
en parallèles des localisations
(Lambotte et al., à soumettre à
Geophys. J. Int.)
2.3. LA SOURCE SISMIQUE : DU LABORATOIRE AUX DONNEES GEOPHYSIQUES DE TERRAIN
2.3.1 Lois de friction, propagation dynamique et couplages minéralogiques
La diminution de résistance au frottement des roches lors du glissement sismique contrôle la dynamique des
tremblements de terre (taille, vitesse et mode de rupture). A haute vitesse de glissement (de l’ordre de 1
m/s), l’échauffement par dissipation d’énergie mécanique affecte la friction et donc le glissement. Grâce à un
travail expérimental et théorique, nous avons démontré que l’échauffement frictionnel induit, entre autres,
des décompositions minérales, telles que les réactions de déshydratation. Celles-ci, véritables pompes à
chaleur, limitent l’élévation de température co-sismique sur le plan de faille, et donc la signature thermique
des séismes. Elles sont aussi des sources importantes de fluide qui peuvent provoquer une importante
augmentation de la pression interstitielle dans la faille, voire des surpressions, et donc favoriser les grands
glissements pendant la propagation des séismes (Brantut et al. 2008, 2010, 2011). Ces travaux dont nous
pensons que la teneur et les conséquences peuvent être très importants pour la compréhension des séismes ont
été en bonne partie réalisés dans le cadre de la thèse de Nicolas Brantut, à qui a été décerné le prix de thèse
2011 du Comité National Français de Géodésie et de Géophysique (CNFGG). De manière symétrique, un des
problèmes majeurs, mis en relief par les travaux théoriques et les données de terrain récentes, concerne la
répartition de l’énergie libérée pendant un séisme. Celle-ci dépend de la vitesse de propagation de la fracture
qui génère le séisme (sub-sonique ou supersonique par exemple), ainsi que des accélérations/décélérations
brusques du front de rupture. Les récents progrès technologiques ont permis la mise au point d’appareils
d’enregistrements acoustiques / accélérométriques continus à haute fréquence. L’utilisation de ce type de
système dans des expériences de laboratoire permet d’étudier le rayonnement sismique et microsismique
pendant la propagation dynamique d’une fracture. Dans le cadre d’une collaboration avec l’Istituto Nazionale
18/75
di Geofisica e Vulcanologia (INGV) de Rome, cette méthode, couplée à des techniques d’imagerie photoélastique haute fréquence, a montré que nous pouvions localiser en temps réel le front de rupture, et les
fronts d’ondes qui y sont associés, sur des échantillons de résine, aussi bien pour des séismes sub-soniques que
supersoniques et ceci pour la première fois (Schubnel et al., 2011) . Notre dispositif expérimental permet à
présent d’étudier l’énergie rayonnée par des nano-séismes reproduits au laboratoire, dans un système dont la
mise à l’échelle permet de quantifier les spectres d’accélérations potentiels du sol auxquelles on peut
s’attendre pour un type de séisme naturel particulier. Une thèse (François Passelègue), coencadrée par
Alexandre Schubnel et Raul Madariaga, et en cotutelle avec Stefan Nielsen à l’INGV Roma, est en cours depuis
octobre 2011 sur ce sujet.
Brantut, N., A. Schubnel, J. N. Rouzaud, F. Brunet, and T. Shimamoto (2008), High-velocity frictional properties of a clay-bearing fault gouge and
implications for earthquake mechanics, J. Geophys. Res., v. 113(B10).
Brantut, N., A. Schubnel, J. Corvisier, and J. Sarout (2010), Thermochemical pressurization of faults during coseismic slip, J. Geophys. Res., v. 115, doi :
B05314 10.1029/2009jb006533.
Brantut, N., R. Han, T. Shimamoto, N. Findling, and A. Schubnel (2011), Fast slip with inhibited temperature rise due to mineral dehydration : Evidence
from experiments on gypsum, Geology, v. 39(1), pp. 59-62, doi : 10.1130/g31424.1.
Schubnel, A., S. Nielsen, J. Taddeucci, S. Vinciguerra, and S. Rao (2011), Photo-acoustic study of subshear and supershear ruptures in the laboratory,
Earth Planet. Sci. Lett., v. 308(3-4), pp. 424-432, doi : 10.1016/j.epsl.2011.06.013
Evolution de la surface de friction au cours d’une expérience de simulation rapide du glissement sismique. On voit qu’au fur et à mesure
que le glissement augmente, la roche change de couleur, ici à cause des réactions de déshydratations minérales instantanées qui ont lieu
du fait de l’augmentation de température. De manière analogue, les roches peuvent fondre ou se décarbonater. (d’apès Brantut et al.,
Geology 2011)
a) Visualisation photoélatsique de l’onde de choc (cône de Mach) générée pendant la propagation d’une rupture supersonique au
laboratoire.e b) Accélération au sol mesurée dans le cadre d’une propagation de rupture sismique supersonique au laboratoire. On voit
l’onde de Mach, qui est une onde de choc, domine le sismogramme dans les premiers instants de la propagation. (d’après Schubnel et al.,
EPSL 2011)
2.3.2 Le séisme de Maule, Chili 2010 vu par le GPS
Le séisme du 27 février 2010 (M=8.8) au Chili est le cinquième plus gros séisme de l’époque instrumentale (au
sens de la sismologie large bande moderne) après celui de 1960 également au Chili (M=9.5) et ceux de 1964,
2003 et 2011 d’Alaska, Sumatra et Japon. Ce séisme majeur s’inscrit dans la longue liste de très grands séismes
répertoriés le long de la côte chilienne depuis qu’une archive existe soit environ quatre siècles. Grâce à un
réseau GPS (stations permanentes et campagnes) que nous avions mis en place au cours des dix années
précédentes dans le cadre de ce qui est devenu le Laboratoire International Associé Montessus de Ballore et à
un réseau de stations sismologiques et accélérométriques en partie déployées dans le même cadre, nous avons
pu disposer pour ce séisme de 2010 d’un nombre très important de données. En combinant les données GPS de
campagne, les accélérogrammes à grande dynamique, les enregistrements « strong motion » plus classiques et
un ensemble d’enregistrements GPS continus et pour la plupart à 1 Hz, nous avons modélisé le processus de
rupture du séisme (Vigny et al., 2011). Nous pensons qu’en raison du grand nombre de données disponibles et
de leur qualité, ce séisme est, avec celui de 2011 au Japon, idéal pour chercher à comprendre comment se
crée un séisme géant, pourquoi et comment, une fois commencée, une fracture s’arrête ou ne s’arrête pas,
pourquoi et comment un séisme aussi grand a pu produire des accélérations aussi modérées (et est-ce là une
19/75
propriété de ce seul séisme ou une caractéristique de tous ces séismes majeurs de subduction?). Afin de
répondre à ces questions il est impératif de déterminer très précisément la distribution de glissement sur la
surface de la faille et l’étendue de la zone des répliques du séisme. Aucune réplique du séisme de Maule n’a à
ce jour dépassé la magnitude 7.1, ce qui est hors normes puisque, en vertu des lois moyennes de distribution
de répliques après un séisme, on doit s’attendre pour un tel séisme à des répliques de magnitude proche de 8
dans les quelques dizaines de mois qui suivent l’événement initial. Ces répliques sont-elles distribuées
uniformément sur la zone de rupture ou sont-elles concentrées en quelques « aspérités » comme les résultats
préliminaires semblent l’indiquer ? Les déformations post-sismiques que nous enregistrons sont également très
intéressantes puisqu’elles indiquent une complémentarité avec le glissement co-sismique : les zones qui fluent
actuellement sont celles qui ont peu glissé lors du séisme, mais pour autant, ce ne sont pas des zones
parfaitement « lisses » puisque plusieurs des répliques les plus fortes, proches de 7, s’y rencontrent (11 février
2011, 25 mars 2012), et ceci en particulier dans la zone épicentrale caractérisée par un faible glissement cosismique.
Ruegg, J. C., A. Rudloff, C. Vigny, R. Madariaga, J. B. de Chabalier, J. Campos, E. Kausel, S. Barrientos, and D. Dimitrov (2009), Interseismic strain
accumulation measured by GPS in the seismic gap between Constitucion and Concepcion in Chile, Phys. Earth Planet. In., v. 175(1-2), pp. 78-85,
doi : 10.1016/j.pepi.2008.02.015.
Vigny, C., A. Socquet, S. Peyrat, J. C. Ruegg, M. Metois, R. Madariaga, S. Morvan, M. Lancieri, R. Lacassin, J. Campos, D. Carrizo, M. Bejar-Pizarro, S.
Barrientos, R. Armijo, C. Aranda, M. C. Valderas-Bermejo, I. Ortega, F. Bondoux, S. Baize, H. Lyon-Caen, A. Pavez, J. P. Vilotte, M. Bevis, B.
Brooks, R. Smalley, H. Parra, J. C. Baez, M. Blanco, S. Cimbaro, and E. Kendrick (2011), The 2010 M(w) 8.8 Maule Megathrust Earthquake of
Central Chile, Monitored by GPS, Science, v. 332(6036), pp. 1417-1421, doi : 10.1126/science.1204132.
Moreno, M., D. Melnick, M. Rosenau, J. Baez, J. Klotz, O. Oncken, A. Tassara, J. Chen, K. Bataille, M. Bevis, A. Socquet, J. Bolte, C. Vigny, B. Brooks, I.
Ryder, V. Grund, B. Smalley, D. Carrizo, M. Bartsch, and H. Hase (2012), Toward understanding tectonic control on the M-w 8.8 2010 Maule Chile
earthquake, Earth Planet. Sci. Lett., v. 321, pp. 152-165, doi : 10.1016/j.epsl.2012.01.006.
Ryder, I., A. Rietbrock, K. Kelson, R. Burgmann, M. Floyd, A. Socquet, C. Vigny, and D. Carrizo (2012), Large extensional aftershocks in the continental
forearc triggered by the 2010 Maule earthquake, Chile, Geophys. J. Int., v. 188(3), pp. 879-890, doi : 10.1111/j.1365-246X.2011.05321.x.
Rietbrock, A., I. Ryder, G. Hayes, C. Haberland, D. Comte, S. Roecker, and H. Lyon-Caen (2012), Aftershock seismicity of the 2010 Maule Mw=8.8, Chile,
earthquake : Correlation between co-seismic slip models and aftershock distribution?, Geophys. Res. Lett., v. 39, doi : L08310
10.1029/2012gl051308.
Le séisme de Maule mesuré par GPS. Les vecteurs rouges et vert sur les cartes montrent les déplacement co-sismiques mesurés aux
stations cGPS du LIA.. Ils permettent de calculer le glissement sur le plan de faille (modèle en cours de publication). Les bandes de
couleur montrent comment le séisme de 2010 (bande rose) s’insère dans la sismicité historique de cette partie du Chili. La colonne de
gauche montre les déplacements des stations proches de l épicentre au fur et à mesure de la propagation de la rupture (1 point par
seconde) et mettent en évidence des variations de vitesse de propagation de la rupture (point de rebroussement à la station SJAV)
20/75
2.3.3 Inversion cinématique du séisme de Maule
Le séisme du Maule c’est produit dans une zone qui avait été identifiée comme une lacune sismique imminente
(voir la discussion dans Madariaga et al., 2010). Ce séisme a été enregistré localement par des instruments
GPS, GPS continu (motogrammes), accélérogrammes, interférométrie radar et des marégraphes. Plusieurs
modèles ont été dérivés à partir de ces données; elles expliquent assez bien la partie basse fréquence du
séisme par la rupture d'une large zone de près de 450 km de longueur le long de la zone sismogène du Chili
central (Vigny et al, 2011, Lorito et al, 2011, etc). A plus haute fréquence par contre, le séisme semble très
différent. Nous avons remarqué (Ruiz et al. 2012) que le contenu haute fréquence de ce séisme était très
similaire à celui du tremblement de terre de Mw 8.1 qui s'est produit à Valparaiso en 1985. Les accélérations
maximales enregistrées en 2010 ont été de 60 % de g et d'une durée à peine supérieure à 60 s. Nous avons
récemment réexaminé toutes les données disponibles, spécialement le GPS continu et les accélérogrammes
intégrés en vitesse. La source a été modélisée avec deux zones elliptiques, l'ellipse la plus grande allongée
entre la côte et le fossé du subduction représentant la partie basse fréquence de la rupture et l’ellipse la plus
petite, perpendiculaire, à la terminaison nord de la première, étant à l'origine des hautes fréquences émises
par le séisme. La comparaison entre les enregistrements observés et calculés dans quelques stations choisies
permet de comprendre comment les basses fréquences correspondent à un méga séisme de plus de 15 m de
glissement maximum, tandis qu'à haute fréquence (périodes de moins de 10 s) le séisme semble beaucoup plus
petit.
Madariaga, R., M. Metois, C. Vigny, and J. Campos (2010), Central Chile finally breaks, Science, v. 328(5975), pp. 181-182, doi :
10.1126/science.1189197.
Ruiz, S., R. Madariaga, M. Astroza,, G. R. Saragoni, M. Lancieri, C. Vigny and J. Campos (2012), Short Period Rupture Process of the 2010 Mw 8.8 Maule
Earthquake in Chile, Earthquake Spectra, in press
Inversion cinématique du séisme de Maule. La carte de gauche montre la distribution de glissement obtenue par Ruiz et al., 2012 à partir
de l’inversion du signal cGPS à haute fréquence (les motogrames), dérivés en vitesse, montrés dans la colonne de droite (données
synthétiques en noir et données réelles en rouge).
2.3.4 La faille de Beishuan
La faille de Beichuan, étudiée dans le cadre de la convergence aux frontières de plaques (voir I.4) a été le
siège d’un violent séisme, Mw = 8 le 12 mai 2008. La rupture s’est propagée vers le nord sur 350 km. L’analyse
par interférométrie radar des déformations du sol produites par ce séisme (de Michele et al., 2010a et b)
montre que la rupture est partitionnée sur 3 failles : celle de Beichuan en décro-chevauchement dextre, le
chevauchement de la faille de Guanxian situé dans l’avant pays et une faille correspondant à un
chevauchement aveugle en front de chaîne. L’épicentre du séisme est localisé à 15 km de profondeur
suggérant un profond enracinement de la faille de Beichuan.
de Michele, M., D. Raucoules, J. de Sigoyer, M. Pubellier, and N. Chamot-Rooke (2010), Three-dimensional surface displacement of the 2008 May 12
Sichuan earthquake (China) derived from Synthetic Aperture Radar : evidence for rupture on a blind thrust, Geophys. J. Int., v. 183(3), pp. 1097-1103,
doi : 10.1111/j.1365-246X.2010.04807.x.
de Michele, M., D. Raucoules, C. Lasserre, E. Pathier, Y. Klinger, J. Van der Woerd, J. de Sigoyer, and X. W. Xu (2010), The M-w 7.9, 12 May 2008
Sichuan earthquake rupture measured by sub-pixel correlation of ALOS PALSAR amplitude images, Earth Planets Space, v. 62(11), pp. 875-879,
doi : 10.5047/eps.2009.05.002
21/75
2.3.5 Les marqueurs géomorphiques : Un nouvel outil pour l’étude de la source sismique ?
Les grands séismes déforment la surface terrestre en créant, en des temps géologiques courts, des reliefs
pouvant être considérables et abrupts. Ces reliefs sont évidemment rongés et ciselés par l’érosion, dont ils
peuvent d’ailleurs contribuer à moduler l’intensité du fait de leur impact sur les précipitations. Dans la zone
épicentrale d’un séisme, nous avons observé que la densité de glissements de terrain décroît selon une loi
d'atténuation similaire aux lois d’atténuation sismiques (Meunier et al., 2007, 2008). Cette connaissance peut
permettre d'améliorer le zonage des risques gravitaires en zone épicentrale. En complément des données
sismologiques et géodésiques, elle peut également apporter une contribution significative à la détermination
de la localisation et de l’extension de la source (Meunier et al., 2012) comme nous avons pu le montrer dans le
cas de deux séismes japonais (Niigata 2004, Mw=6.6 et Iwate Miyagi 2008, Mw = 6.8) ainsi que dans celui du
séisme du Sichuan de 2008. Les sources déduites de l’analyse spatiale des glissements de terrain recoupent la
zone de rupture sur le plan de faille avec une précision remarquable et permettent même de retrouver
l'orientation du trajet principal de la rupture. Cette technique peut s'avérer très utile pour déterminer avec
précision la source a) des séismes apparus dans des régions non instrumentées et b) des paleo-séismes dont
l'expression géomorphique est encore visible dans le paysage.
Meunier, P., N. Hovius, J. Haines (2007), Regional patterns of earthquake-triggered landslides and their relation to ground motion, Geophys. Res. Lett., 33.
Meunier, P., N. Hovius, J. Haines (2008), Topographic site effects and the location of earthquake induced landslides, Earth Planet. Sci. Lett.,
doi:10.1016/j.epsl.2008.07.020.
N. Hovius & P. Meunier (2012), Earthquake strong ground motion, and patterns of seismically induced landsliding, In Landslides: types, mechanisms and
modelling, by J.Clague John & D. Stead, Cambridge University Press.
Meunier, P., T.Uchida and N. Hovius, (2012), Landslide patterns reveal the sources of large earthquakes, Earth Planet. Sci. Lett, sous presse.
A,C,E : Sources of the 2008 Iwate-Miyagi, the 2004 Niigata and
the 2008 Sichuan earthquakes inverted from the distribution of
the co-seismic landslides. B,C : Amount of slip on the fault plane
of the Iwate-Miyagi (Suzuki et al, 2010) and the Niigata
earthquake (Hikima and Koketsu, 2005). D: Co-seismic surface
displacement of the SIchuan earthquake (DeMichele et al, 2009).
2.4. LES SEISMES INTERMEDIAIRES ET PROFONDS
2.4.1 Inversion dynamique du tremblement de terre d’Iwate (Japon)
L'inversion dynamique, c'est à dire la détermination directe des paramètres à la source à partir de
sismogrammes, est désormais possible (DiCarli et al, 2010; Ruiz and Madariaga, 2011). Le séisme de profondeur
intermédiaire du Nord-Iwate au Japon du 24/07/2008 (Mw = 6.8) est très bien adapté pour l'inversion
dynamique parce qu'il a été enregistré par plus de 50 instruments des réseaux de mouvement fort K-Net et Kiknet. La rupture de ce séisme de magnitude moyenne a pu être modélisée avec une seule ellipse dont les
paramètres ont été calculés par inversion utilisant l'algorithme de voisinage proposé par Sambridge. Le
22/75
problème direct a été résolu par une combinaison de modélisation de la rupture dynamique par différences
finies et la propagation entre la source et les récepteurs par la méthode AXITRA développée par Bouchon et
Coutant à Grenoble. La géométrie de la rupture, l'état de contraintes et la loi de frottement ont été inversés
dynamiquement. La durée de la rupture est inférieure à 3 s ce qui implique que la rupture s'est propagée à très
grande vitesse, peut-être transsonique. Le glissement maximum a été de 3 m, ce qui est très important pour un
séisme de seulement Mw 6.8. La chute de contraintes est de 30-40 MPa, dix fois supérieure à celle des séismes
crustaux. La réduction de variance entre les enregistrements observés et les synthétiques calculés pour le
meilleur modèle obtenu par inversion dynamique est de près de 70 %. Les inversions dynamiques étant nonuniques, nous avons utilisé la méthode de Monte Carlo afin d'explorer l'espace de solutions. Nous avons pu
identifier dans l'espace de paramètres kappa et du moment sismique une région où se situent toutes les
solutions du problème inverse.
Ruiz, S., and R. Madariaga (2011), Determination of the friction law parameters of the Mw 6.7 Michilla earthquake in northern Chile by dynamic inversion,
Geophys. Res. Lett., v. 38
Di Carli, S., C. Francois-Holden, S. Peyrat, and R. Madariaga (2010), Dynamic inversion of the 2000 Tottori earthquake based on elliptical subfault
approximations, J. Geophys. Res., v. 115, doi : B12328 10.1029/2009jb006358.9317 10.1029/2011gl047147.
Inversion dynamique du séisme d’Iwate. La carte de gauche montre le réseau d’instrumentsaccélérométriques qui ont enregistré
l’événement, les courbes de niveau colorée montrent le modèle de glissement et les isochrones de la rupture modélisée. La colonne de
droite montre l’ajustement des données synthétiques sur les données réelles (filtrées entre 0.01 et 0.5 Hz).
2.4.2 Mécanique de la sismicité profonde : le rôle des transitions de phase
La source des tremblements de Terre profonds reste encore largement mystérieuse. Si les tremblements de
Terre superficiels, qui ont lieu dans des zones où les contraintes normales et la température sont relativement
faibles (σn< 1 GPa, T< 500 oC) et les déviateurs de contraintes forts (τ ~ 0.5-1 GPa), sont faciles à expliquer
mécaniquement, en revanche les tremblements de Terre intermédiaires et profonds (400-700 km) ont lieu dans
des conditions de température et pression beaucoup plus fortes (σn ~ 1-20 GPa, T~1200oC) et sous de faibles
contraintes déviatoriques, donc dans un contexte où il est mécaniquement difficile d’expliquer la propagation
dynamique de fractures. En outre, à ces profondeurs, les énergies de fracture et de friction mises en jeu sont
énormes. La déshydratation de la serpentine serait à l’origine de la sismicité intermédiaire tandis que la
sismicité profonde serait liée à la transition de phase olivine–spinelle. Brantut et al. 2012 (JGR) ont réalisé une
série d’expériences de déshydratation du gypse en bassanite (~60oC) puis anhydrite (~120 oC) dans le cadre de
tests triaxiaux chauffants sur des échantillons instrumentés. L’étude des émissions acoustiques et des vitesses
de propagation élastiques a permis de caractériser les micromécanismes de la déformation; et notamment la
génération de tremor en deçà du seuil de déshydratation (Brantut et al. JGR, 2011b). Dans le cadre d'une
collaboration avec les responsables de deux lignes de lumière dédiées à la haute pression installées
respectivement sur les synchrotrons de l'APS (Y. Wang, USA) et Hasylab (C. Lathe, Allemagne), nous avons
adapté notre système d’émissions acoustiques aux presses de type multi-enclumes (D-DIA et MAX-80). Les
premiers résultats obtenus sur la serpentine ont montré que la déshydratation était probablement associée à
23/75
de la déformation asismique (Gasc et al., 2012). En revanche, nos études préliminaires sur la transformation
olivine-spinelle (Schubnel et al. 2011) ont montré que la nucléation de la phase spinelle s’accompagnait de
propagation dynamique de fissures en mode II, dans une gamme de pression – température très limitée, où
l’olivine est fortement métastable (forte pression), et où la cinétique de la transformation reste encore très
lente (faible température). Les travaux précurseurs de Kirby (1987) semblent montrer que ce mécanisme
d’instabilité pourrait être généralisé à un grand nombre de transitions de phase polymorphiques.
Brantut, N., A. Schubnel, E. C. David, E. Heripre, Y. Gueguen, and A. Dimanov (2012), Dehydration-induced damage and deformation in gypsum and
implications for subduction zone processes, J. Geophys. Res.-Solid Earth, v. 117, doi : B03205 10.1029/2011jb008730.
Brantut, N., A. Schubnel, and Y. Gueguen (2011), Damage and rupture dynamics at the brittle-ductile transition : The case of gypsum, J. Geophys. Res.,
v. 116, doi : B01404 10.1029/2010jb007675.
Gasc, J., Schubnel, A., Brunet, F., Guillon, S., Mueller, H.-J., Lathe, C. (2011) Simultaneous acoustic emissions monitoring and synchrotron X-ray
diffraction at high pressure and temperature : Calibration and application to serpentinite dehydration. Phys. Earth Planet. Int., 189, 121-133.
a. Relative amplitude versus duration for 5
AEs of relative magnitude equal to ≈ 0, =
1, ≈ 2, ≈ 3 and ≈ 4 respectively from
bottom to top during olivine spinel
transformation unders tress. AE#125 is
the reference event (Mw=1) for our
relative magnitude scale. b. Number of AE
events as a function of relative magnitude
for four magnitude bins (0<Mw<1,
1<Mw<2, 2<Mw<3 and 3<Mw<4), for
experiments D1247 (4GPa mean stress)
and D1253 (5GPa mean stress). Scales
are logarithmic. A slope of 1 for the b
value is displayed for reference.
(Schubnel et al. 2011)
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3. BILAN DU THEME : COUPLAGES RHEOLOGIQUES
3.1. DEFORMATIONS LIEES AUX SEISMES GEANTS DE SUBDUCTION
Luce Fleitout (ENS), Christophe Vigny (ENS), Gabriel Ducret (doct. ENS), Jean Didier Garaud (post-doc ANR
CATEL 2009-2010), Olga Trubienko (doct. ENS), Georges Cailletaud (Mines ParisTech).
Comprendre le cycle sismique dans son ensemble est indispensable pour appréhender les propriétés
mécaniques des interfaces entre les plaques subduites et chevauchantes et donc l'accumulation et le
relâchement des contraintes dans les régions de forts séismes. Trois séismes géants ont eu lieu au cours des
derniers 8 ans ; par l'analyse des déformations après et avant ces séismes, nous cherchons à mieux connaître
les structures mécaniques du manteau et de l'interface de subduction et l'accumulation et le relâchement des
contraintes dans les régions de forts séismes.
3.1.1 Déformation post-sismique après les séismes de Sumatra
La région de Sumatra est la première qui ait subi un séisme de magnitude supérieure à 9 depuis les années 60
i.e. depuis qu'on peut mesurer de manière précise la déformation en surface par des méthodes géodésiques.
Deux séismes de magnitude supérieure à 8 ont suivi en 2005 (Nias) et 2007 (Benkulu) le grand séisme d'Aceh.
Notre équipe était déjà impliquée dans les mesures des déformations avant 2004 (réseau Seamerge- Simons et
al. JGR 2007). Les déformations co et post-sismiques dans la région de Sumatra ont été mesurées en champ
lointain (réseau Seamerge-GEOTECDI où nous sommes impliqués) et en champ proche (réseau Sugar -CaltechSingapour).
Alors que les déplacements post-sismiques en champ proche sont assez modérés (17%du cosismique) et sont
faibles après un an, ceux en champ lointain sont importants (supérieurs au cosismique au bout de 4 ans) et les
vitesses restent élevées, atteignant plusieurs centimètres par an plusieurs années après le séisme à plus de
1000 km de la zone de subduction.
Nous avons réalisé un modèle 3D aux éléments finis permettant de modéliser ces déplacements post-sismiques
(Garaud et al., Hal 2009) avec des géométries réalistes, incluant des variations latérales des propriétés
mécaniques. A partir des déplacements cosismiques des stations GPS, nous déduisons par inversion la
géométrie du glissement cosismique sur le plan de faille pour les séismes d'Aceh, Nias et Benkulu. Les
déplacements post-sismiques observés sont ensuite analysés comme la conséquence de glissements postsismiques sur le plan de faille et de relaxations des contraintes créées dans l'asthénosphère par les séismes.
Nous montrons que les deux phénomènes sont nécessaires pour expliquer à la fois les déplacements en champ
proche et les déplacements en champ lointain. En particulier, nous montrons que les glissements sur le plan de
faille n'induisent pas de subsidence en champ lointain alors qu'une forte subsidence (1cm/an) est observée en
Thailande depuis 2005. (Cette subsidence, également observée par marégraphes, est bien entendu inquiétante
pour les pays concernés mais ne devrait pas selon nos estimations dépasser 30 cm au cours du cycle sismique).
Notre modèle préféré pour l'asthénosphère est une rhéologie de type viscoélastique Burger avec des viscosités
de 2. 1018 (viscosité du transitoire) et 3. 1019 Pa.s (viscosité long-terme). La valeur de la viscosité court-terme
est bien contrainte mais celle de la viscosité long-terme l’est assez mal par les données de déformations postsismiques. Cette relaxation de l'asthénosphère contribue faiblement aux déplacements observés en champ
proche et moyen et un glissement supplémentaire sur le plan de faille est nécessaire pour rendre compte de
ces déplacements en champ proche.
Déplacements en champ lointain induits par le séisme d'Aceh : déplacements horizontaux (à gauche) et verticaux (au centre) en
fonction du temps, vitesses en 2008 (à droite) comparées aux prédictions du modèle.
J.D. Garaud, L. Fleitout and G. Cailletaud Simulation parallèle de la relaxation post-sismique dans la région de Sumatra, 10 pp, 9eme
colloque en calcul de structures, Giens 2009, hal.archives-ouvertes.fr, 00399738, juin 2009
Thème Couplages rhéologiques
25/75
Garaud J.D., Fleitout L., Cailletaud C., Vigny C. et al., Long-term deformation in south-east Asia following the 2004 Sumatra earthquake,
soumis à Nature
Satirapod, I. Trisirisatayawong, L. Fleitout, J.D. Garaud, W.J.F. Simons, Vertical Motions in Thailand after the 2004 Sumatra-Andaman
Earthquake from GPS Observations and Its Geophysical Modelling, 'Advances in Space Research',
doi
dx.doi.org/10.1016/j.asr.2012.04.030, (7 p)
3.1.2 Cycle sismique et interprétation des déformations intersismiques
Nous avons utilisé notre modèle aux éléments finis et les propriétés rhéologiques déduites de notre étude de la
phase post-sismique pour essayer de mieux comprendre, dans le cas général les déformations au cours du cycle
sismique, et en particulier l'intersismique (i.e. le champ de déformation avant un gros séisme). Le modèle de
'backslip élastique' est jusqu'à présent le plus utilisé pour décrire les déformations au cours du cycle sismique.
Nos modèles des déformations post-sismiques du séisme d'Aceh montrent sans ambiguïté qu'une partie des
déformations est liée à la relaxation visqueuse dans l'asthénosphère et qu'on ne peut pas considérer le
manteau comme élastique à l'échelle du cycle sismique ! Les prédictions des modèles élastiques et
viscoélastiques diffèrent considérablement et cela affecte notre interprétation de nombreuses données
géophysiques.
Nous montrons ainsi que les vitesses mesurées avant 2004 dans le bloc de la Sonde étaient polluées par du
signal intersismique jusqu'à plusieurs milliers de km de la fosse et que la vitesse relative bloc de la Sonde–
Chine du Sud doit être révisée. Nous montrons aussi que le pic en vitesse verticale qui est souvent utilisé pour
déterminer la profondeur de couplage sur l'interface de subduction (selon les modèles élastiques, la limite de
la zone couplée est à la verticale de ce pic) n'est pas un indicateur fiable. Nos modèles viscoélastiques
montrent que ce pic peut se trouver au dessus de la bordure continentale de la zone à faible viscosité.
Ces modèles de cycle sismique nous ont par ailleurs permis de prédire l'amplitude maximale au cours du cycle
sismique de l'inquiétante subsidence observée en Thaïlande après le séisme d'Aceh (Satirapod et al. 2012).
Aussi, nous avons pu expliquer le délai entre le séisme d'Aceh et les séismes intraplaques de l'océan Indien
d'avril 2012 : les contraintes extensives induites au moment du séisme d'Aceh continuent à augmenter au cours
de la phase post-sismique, avec un pic une dizaine d'années après le séisme (Delescluse et al. 2012).
Autre point important pour notre compréhension des mécanismes de déformation de la lithosphère: notre
étude suggère que des déformations diffuses observées en domaine intraplaque au cours des dernières
décennies par techniques spatiales peuvent être des déformations élastiques réversibles plutôt que des
déformations plastiques, la déformation plastique long-terme étant plus localisée.
Trubienko, O., Fleitout L., Garaud J.D. and Vigny C. Interpretation of interseismic deformations and the seismic cycle associated with
large subduction earthquakes, Tectonophysics, soumis
3.1.3 Les méga-séismes de Maule et Tohoku
Le même type d'étude est actuellement en cours pour les déplacements qui ont suivi le séisme du Japon
(Tohoku) et le séisme du Chili (Maule). Grâce aux nombreuses données en champ moyen disponibles dans ces
régions, nous pensons 1) lever certaines ambiguïtés qui persistent sur les déformations juste après le séisme
et les propriétés mécaniques court-terme du manteau ; 2) essayer d'élucider les mécanismes du glissement sur
le plan de faille et en particulier le rôle des zones 'intermédiaires' de serpentinisation partielle.
Krien Y. and Fleitout L., Accommodation of volume changes in phase transition zones: macroscopic scale, JGR 2010, doi10.1029, 2009JB006505
3.2. REBOND LITHOSPHERIQUE AUTOUR DE LACS : CONTRAINTES ET MODELISATION DU COMPORTEMENT
MECANIQUE COURT-TERME DE LA LITHOSPHERE EN REPONSE A UN CHARGEMENT LACUSTRE
Marie-Pierre Doin (ENS), Gabriel Ducret (doct. ENS), Luce Fleitout (ENS), Cécile Lasserre (ISTerre)
La lithosphère mise sous contrainte se déforme de façon élastique (et poro-élastique), cassante et visqueuse.
Les études du rebond post-sismique, lorsqu'elles invoquent un comportement ductile de la croûte ou de
l'asthénosphère, font souvent état d'une viscosité faible. Cette faible viscosité peut représenter une rhéologie
long-terme (Maxwell) ou transitoire (Burger). Alternativement, le rebond poro-élastique ou le glissement dans
la zone de transition des failles pourraient également expliquer les temps courts du rebond post-sismique.
Dans ce débat, l'existence de faibles temps caractéristiques associée à un comportement visqueux ou poroélastique pourrait être corroborée par l'étude de la déformation associée à des chargements de la surface
terrestre anthropiques connus.
L'idée est donc de mesurer la déformation engendrée par des chargements connus de la surface terrestre afin
de contraindre « in situ » la rhéologie de la croûte et du manteau par le biais de modèles simples stratifiés.
Les variations de charge choisies sont celles associées au niveau d'eau des lacs et la méthode de mesure choisie
est la géodésie InSAR. Nous avons travaillé sur deux sites où l'existence d'une zone à très faible viscosité à
faible profondeur est débattue : le lac Mead dans le Basin and Range et le lac Siling Co au Tibet central. La
26/75
sensibilité en profondeur de la réponse de surface est un peu plus faible pour le lac Mead (de l'ordre de 50 km)
que pour le lac Siling Co (de l'ordre de 100 km). Dans les deux cas, nous avons pu produire des séries
temporelles de déformation par InSAR allant de 1992 à 2010. Les deux études sont en cours de finalisation.
Reste en projet l'extension du modèle numérique au calcul poro-élastique couplé, en se basant sur les
équations de Rice et Cleary (1976), qui devrait se faire assez facilement vu le formalisme spectral en (x,y,t) du
code et la résolution par matrice de propagation en profondeur.
3.2.1 Cas du lac Mead (Nevada)
(Coll. O. Cavalié, C. Lasserre)
Cette étude commencée en 2002 a été poursuivie jusqu'à aujourd'hui afin d'allonger la série temporelle de
mesure par InSAR de 1992 à 2010. Nous avons ainsi voulu mesurer la déformation autour du lac Mead (Nevada,
USA, fig ci-contre) associée aux fluctuations de charge du réservoir. Le lac artificiel a été rempli en 1935. Une
étude précédente (Kaufmann et Amelung), basée sur le nivellement entre 1935 et 1950, a montré que la
charge a été associée à 17cm de subsidence, en grande partie décalée dans le temps par rapport au
remplissage initial. Ce délai est interprété comme un processus de relaxation viscoélastique, avec une
constante de temps de l'ordre de 25 ans, et touchant une enveloppe crustale et mantellique d'environ 100-200
km de profondeur. Il a fallu investir un temps considérable dans le traitement des données InSAR, la
massification et l'automatisation de ces traitements, la séparation entre signal et bruit. Aujoud'hui, nous avons
obtenu une série temporelle de déplacement du sol de 1992 à 2010 sur une zone de 100 par 100 km. Le type de
série temporelle obtenue, à cette échelle spatiale de déformation, avec des fluctuations inter-annuelles, et
une précision obtenue infra-centimétrique, est unique.
La déformation obtenue, de grande longueur d'onde et non linéaire dans le temps, présente une forte
corrélation temporelle avec le niveau d'eau dans le lac (r~0.85) et spatiale avec les modèle de déformation
élastique ou viscoélastique générée par la charge due au lac (r~0.90). L'ajout des nouvelles données jusqu'en
2010 permet aujourd'hui de rejeter le modèle visco-élastique de Kaufmann et Amelung. Il faudra donc trouver
un meilleur modèle visco-élastique (avec une viscosité supérieure à 1018 Pa.s) qui permettra de réconcilier
toutes les mesures.
a) Stack de la déformation obtenue entre différents pas de
temps, entre 1992 et 2001. b) Modèle viscoélastique
obtenu avec une viscosité de 1018Pa.s sous une couche
élastique de 30 km. (Stack pour les mêmes dates). c) Id.
mais pour un modèle élastique. d) Résidu a – b montrant
en rouge des zones limitrophes au lac, qui “gonflent”
lorsque le niveau d'eau dans le lac augmente
3.2.2 Cas du lac Siling Co (Tibet)
Les mesures altimétriques (provenance de l'ESA et du CNES) combinées avec le suivi de la surface du lac par
digitalisation d'images LANDSAT permettent de contraindre l'évolution du niveau d'eau de ce grand lac naturel
endoréique situé au Tibet central. On a montré que le niveau du lac est resté plus ou moins stable de 1973 à
1999, mais a augmenté fortement depuis 2000. Nous cherchons à suivre la déformation engendrée au cours du
temps (1992-2010) par ces fluctuations de niveau d'eau en utilisant l'ensemble de l'archive ERS et Envisat
acquise sur la zone.
Les interférogrammes couvrant la période 2000-2010 montrent très clairement l'enfoncement du sol associé à
l'augmentation de niveau d'eau, alors que les interférogrammes couvrant la période 1992-1999 ne montrent pas
de déformation. Après analyse en série temporelle, on voit que l'amplitude de la déformation suit de près
l'évolution du niveau d'eau, cependant l'amplitude prédite pour la déformation élastique est à peu près 1.8 fois
trop faible. Une rhéologie viscoélastique avec une viscosité égale à 4. 1018 Pa.s permet de réconcilier les
prédictions des modèles avec les observations.
27/75
06-1992/09-1997
01-1993/07-1997
01-2000/12-2009
04-2003/11-2009
Exemples d'interférogrammes ERS et Envisat dans la région du lac Siling. Les dates d'acquisition sont indiquées sous chaque figure. Un
cycle de couleur correspond à un délai de 2,8 cm.
Financements et collaborations internationales
•
ANR Catell-Risknat (opossum)
•
ANR flash Japon-Tohoku (dyntohoku)
•
Programme
européen
Europe-Thailande
GEO2TECDI-SONG
(EC
Europaid)
www.sv.eng.chula.ac.th/geo2tecdi
•
Projet ESA, Cat1 “Measurements of the Earth crust deformation due to known loads by ERS-SAR
interferometry : water level fluctuations of reservoirs, open pit mining and lava flows.(Acronym:
RELAX)”
•
Projet ESA, ALOS ADEN Cat1 “Earth ground motion in response to lake level fluctuations:
measurement by SAR interferometry and modelling.”
•
Programme de coopération Dragon-2 entre l'ESA et NRSCC (China), PI C. Lasserre
28/75
4. BILAN DU THEME : RESSOURCES, STOCKAGE ET DEVELOPPEMENT DURABLE
L’enjeu de l’exploitation et de l’utilisation durable des ressources naturelles et des stockages géologiques
inscrit directement les activités du Laboratoire de Géologie dans la thématique du développement durable.
Interaction minéral-vivant dans le sol, étude des matériaux carbonés contaminés, stockage souterrain des
déchets nucléaires ou du CO2, production d’hydrogène en domaine océanique, roches réservoirs du sous-sol
profond (eau et hydrocarbures), dans tous ces domaines, le Laboratoire de Géologie a apporté des
contributions reconnues au cours des dernières années. S’appuyant sur des moyens analytiques performants et
sur une plate-forme expérimentale unique, les travaux réalisés associent des recherches fondamentales
originales et des enjeux d’intérêt socio-économiques majeurs. L’aperçu qui suit laisse arbitrairement de côté
les travaux liés au stockage du CO2, qui ont perdu de l’actualité au laboratoire mais figurent en bonne place
dans la production scientifique (publications n° 5, 101, 129, 130, 134, 154, 200, 264).
4.1. MATERIAUX ET ENVIRONNEMENT
La proche surface comprend le sol et le sous-sol. Le sol est le lieu de l’interaction minéral-vivant et l’interface
entre la terre solide et l’atmosphère. Dans ces couches peu profondes, les questions environnementales sont
de fait importantes. Elles concernent aussi des matériaux qui posent problèmes : matériaux contaminés,
matériaux radioactifs.
4.1.1 Rôle de la minéralogie des argiles du sol dans le fonctionnement des écosystèmes
Pierre Barré (ENS), Oihane Fernandez-Ugalde (post-doc), Bruce Velde (ENS), Luc Abbadie (BIOEMCO), coll.
AgroParisTech, INRA, ADEME
En raison de leur surface chargée et de leur surface spécifique élevée, les minéraux argileux des sols sont très
réactifs. Ils sont également très divers. L’originalité de notre approche située à l’interface entre les Sciences
de la Terre et les Sciences de la Vie est de considérer explicitement l’importance de la minéralogie des argiles
sur le fonctionnement des écosystèmes (cycles des éléments, érosion etc.).
Nous avons observé que des échanges d’éléments entre plantes (Ray-grass, Maïs, Oliviers, Sequoia) et minéraux
argileux induisent des modifications observables en diffraction X (DRX) à très court terme (quelques jours à
quelques années). Ces travaux menés en collaboration avec Paola Adamo (Univ. Naples), Sophia Bourbia (Univ.
Tizi-Ouzou) ont permis de préciser le rôle du vivant sur la minéralogie des sols et de mieux établir le rôle
majeur des minéraux argileux illitiques pour la nutrition azotée et potassique des plantes.
Les minéraux argileux ont également un rôle fondamental dans le développement de la structure du sol (la
structure du sol conditionne les flux d’eau, de gaz et de nutriments ainsi que la sensibilité du sol à l’érosion).
Nous avons montré (à l’aide d’analyses DRX et MEB) le rôle prépondérant joué par les minéraux argileux
smectitiques pour le développement et la stabilité de la structure du sol. Ces travaux ont été réalisés dans le
cadre du post-doctorat d’Oihane Fernandez-Ugalde (post-doc financé par le gouvernement Basque Espagnol).
Les interactions minéraux argileux/matière organique ont également un rôle important pour la séquestration
du C dans les sols. Les travaux sur ce thème ont démarré (projet financé par l’ADEME et bourse de thèse de
Suzanne Lutfalla) et arriveront à maturité au cours du prochain quinquennal.
Barré, P., B. Velde, and L. Abbadie (2007), Dynamic role of "illite-like" clay minerals in temperate soils: facts and hypotheses, Biogeochemistry, v.
82(1), pp. 77-88.
Barré, P., B. Velde, N. Catel, and L. Abbadie (2007), Soil-plant potassium transfer: impact of plant activity on clay minerals as seen from X-ray
diffraction, Plant Soil, v. 292(1-2), pp. 137-146.
Barré, P., C. Montagnier, C. Chenu, L. Abbadie, and B. Velde (2008), Clay minerals as a soil potassium reservoir: observation and quantification
through X-ray diffraction, Plant Soil, v. 302(1-2), pp. 213-220.
Barré, P., B. Velde, C. Fontaine, N. Catel, and L. Abbadie (2008), Which 2 : 1 clay minerals are involved in the soil potassium reservoir ? Insights
from potassium addition or removal experiments on three temperate grassland soil clay assemblages, Geoderma, v. 146(1-2), pp. 216-223.
Barré, P., and B. Velde (2010), Clays developed under sequoia gigantea and prairie soils: 150 years of soil-plant interaction in the parks of French
chateaux, Clay Clay Miner., v. 58(6), pp. 803-812, doi : 10.1346/ccmn.2010.0580608.
Fernandez-Ugalde, O., I. Virto, P. Barré, N. Gartzia-Bengoetxea, A. Enrique, M. J. Imaz, and P. Bescansa (2011), Effect of carbonates on the
hierarchical model of aggregation in calcareous semi-arid Mediterranean soils, Geoderma, v. 164(3-4), pp. 203-214, doi :
10.1016/j.geoderma.2011.06.008.
Thème Ressources, stockage et développement durable
29/75
4.1.2 Le verre et les roches : de la fissuration d’un matériau fragile au stockage
En relation avec le stockage des déchets radioactifs, nous avons
développé des études sur le verre de stockage. Outre l’intérêt
appliqué évident, ces travaux ont conduit à analyser les fissures
dans le verre en compression, ce qui leur a donné un intérêt
fondamental original car depuis les travaux pionniers de Griffith
(1920), le verre a été une référence en mécanique de la fracture,
mais toujours étudié en traction. A notre connaissance, nos
travaux ont été les premiers en compression. Nos résultats ont
mis en évidence l’effet des fissures sur la résistance mécanique
et sur les vitesses des ondes élastiques. Le verre intact a un
comportement quasi-idéal élastique-fragile en compression. Sous
15 MPa de pression de confinement, il casse brutalement à près
de 700 MPa de contrainte axiale, sans montrer auparavant de
déformation inélastique ni d’émissions acoustiques sauf, pour
celles-ci, très près de la rupture. Dès que des fissures
(introduites par choc thermique à 300°C) sont présentes, la
résistance à la rupture décroit de moitié et les vitesses des ondes
Evolution de la perméabilité dans le verre fissuré en
élastiques chutent. De même une perméabilité de fissures
fonction de la pression, d’après Ougier et al. (JGR
apparaît. La pression de confinement referme les fissures et pour
2011).
une valeur critique la perméabilité devient inférieure à 10-21 m2,
donc non mesurable, et le transfert, s’il existe, n’est plus régi
par la loi de Darcy mais par la diffusion. Résultat inattendu : cette pression critique est à peu près celle
correspondant à la profondeur de stockage. La perméabilité de fissures varie avec la pression effective selon
une loi semi-logarithmique semblable à celle connue pour les roches de faible porosité mais fissurées. La
pression critique de fermeture est plus faible parce que les facteurs d’aplatissement des fissures sont plus
petits (de l’ordre de 10-4), ce qui rejoint l’expérience commune du verre brisé et « coupant ». Ces travaux ont
donné lieu à une thèse (A. Ougier-Simonin) et 3 publications. Ils ont été financés par un contrat de 3 ans
impliquant le CEA, AREVA et l’ANDRA. Les recherches ont été conduites en collaboration dans 3 laboratoires
universitaires : LMS (Ecole Polytechnique), IFMS (Université de Strasbourg), et notre laboratoire.
Actuellement, un second contrat de 3 ans associe les mêmes laboratoires dans un programme complémentaire.
Une thèse est en cours (Céline Mallet) au laboratoire sur les processus de fissuration lente (essais de fluage,
croissance sous-critique des fissures). Des travaux analogues d’étude de granites fissurés thermiquement ont
été menés sur un programme de collaboration avec l’Institut de Géophysique de Beijing (thèse de Xiaoqiong
Wang).
Ougier-Simonin, A., J. Fortin, Y. Gueguen, A. Schubnel, and F. Bouyer (2011), Cracks in glass under triaxial conditions, International journal of
engineering science , v., doi : 10.1016/j.ijengsci.2010.06.026.
Ougier-Simonin, A., Y. Gueguen, J. Fortin, A. Schubnel, and F. Bouyer (2011), Permeability and elastic properties of cracked glass under
pressure, J. Geophys. Res., v. 116, doi : B07203 10.1029/2010jb008077.
Ougier-Simonin, A., F. Bouyer, Y. Gueguen, J. Fortin, and A. Schubnel (2011), Endommagement et fissuration du verre en compression triaxiale,
Matériaux et technique, v. 98(6/7), pp. 423-441, doi.org/10.1051/mattech/2010118
Wang, X. Q., A. Schubnel, J. Fortin, E. C. David, Y. Gueguen, and H. K. Ge (2012), High Vp/Vs ratio : Saturated cracks or anisotropy effects ?,
Geophys. Res. Lett., v. 39, doi : L11307 10.1029/2012gl051742
4.2. RESSOURCES ET STOCKAGE
On peut regarder les 5-10 premiers kilomètres de la Terre solide comme une couche intermédiaire entre
l’atmosphère ou l’océan (fluides), et le socle profond (solide). Milieu intermédiaire et ambigu : solide certes,
mais capable de retenir des fluides. Cette propriété en fait en réalité une couche essentielle pour l’homme.
Milieu de réserves, voire de production, de fluides vitaux, sources d’énergie, et milieu de stockage potentiel.
4.2.1 L’hydrogène : réactivité chimique de systèmes naturels sous faible fugacité d’oxygène
Il existe une gamme de fugacité d’oxygène où les fluides aqueux naturels peuvent être réduits et présenter
des concentrations remarquables en H2 et CH4. En particulier, l’hydratation de la croûte océanique
ultrabasique produit des solutions qui contiennent des quantités importantes d’hydrogène et de méthane ; elle
est un processus majeur pour l’origine abiotique de ces gaz. Nous avons donc caractérisé la réactivité de
l’olivine de San Carlos (Fo90) en condition hydrothermale (50 MPa, 250 – 400°C) au travers d’une approche
expérimentale couplée à une caractérisation magnétique (thèse Benjamin Malvoisin, coll. IPGP). En couplant
ce travail à une modélisation thermochimique, nous avons obtenu les résultats suivants : (1) les lois cinétiques
30/75
d’hydratation de l’olivine utilisées jusqu’à maintenant surestiment largement les vitesses de réaction, du fait
qu’elles négligent le rôle du fer. (2) L’hydratation de l’olivine conduit à la production de surface réactionnelle
du fait de la création de puits de corrosion et en raison de la fracturation des grains qui réagissent (couplage
réaction – fracturation). (3) Le dosage précis de la quantité de magnétite produite lors de l’hydratation de
l’olivine permet d’en déduire, indirectement, les quantités d’H2 formées.
Nous avons été également confrontés au problème de la réactivité des systèmes réduits de l’étude des
inclusions solides contenues dans les agrégats graphiteux millimétriques des pyroxénites du massif de Beni
Bousera (Rif, Nord Maroc). Les formes bipyramidales de ces agrégats sont communément interprétées comme
résultant d’une transformation à partir de diamant. Fatima El Atrassi (thèse, coll. UEB, Brest) a réussi à
montrer que des diamants sub-micrométriques étaient préservés au cœur de ces agrégats. Cette découverte
pose de réelles questions sur la préservation du diamant nanométrique dans des roches qui ont subi des
températures de plus de 850°C dans le champ de stabilité du graphite (El Atrassi et al., 2011).
Malvoisin, B., Brunet, F., Carlut, J., Rouméjon, S., Cannat, M. (2012) Serpentinization of oceanic peridotites : 2. Kinetics and processes of San
Carlos olivine hydrothermal alteration. J. Geophys. Res., VOL. 117, B04102, doi:10.1029/2011JB008842.
Malvoisin, B., Carlut, J., Brunet, F. Serpentinization of oceanic peridotites (2012): 1. a high-sensitivity method to monitor magnetite production in
hydrothermal experiments. J. Geophys. Res., vol 117.doi:10.1029/2011JB008612
Malvoisin, B., Chopin, C., Brunet, F., Galvez, M. (2012) Low-temperature wollastonite formed by carbonate reduction: a marker of serpentinite redox
conditions. J. Petrol., 53, 159-173.
Gasc, J., Brunet, F., Bagdassarov, N. and Morales-Flórez, V. (2011) Electrical conductivity of polycrystalline Mg(OH)2 at 2 GPa : effect of grain
boundary hydration-dehydration, Phys. Chem. Minerals, 38, 543-556
El Atrassi, F., Brunet, F., Bouybaouène, M.L., Chopin, C., Chazot, G. (2011) Melting textures and microdiamonds preserved in graphite
pseudomorphs from the Beni Bousera peridotite massif, Morocco. Eur. J. Mineral., 23, 157-168.
(Gauche) Courbe cinétique d’hydratation de l’olivine de San Carlos à 300°C/50 MPa montrant une accélération de la vitesse de réaction
due à la formation de puits de corrosion et de fractures dans l’olivine (Malvoisin et al., 2012). (Droite) Image MEB d’un nano diamant
« lamellaire » dans un agrégat de graphite de Beni Bousera (Maroc, Rif, El Atrassi et al., 2011).
4.2.2 Les hydrocarbures
Une mécanique inhabituelle est requise pour comprendre cette zone critique des 10 premiers km qui contient
les ressources naturelles. Elle mélange mécanique des solides et mécanique des fluides. Deux pressions y
jouent un rôle essentiel : celle du poids de la colonne de roche, dite pression lithostatique (300 MPa à 10 km),
et celle –a priori indépendante – du fluide présent.
Il s’agit d’abord de répondre à quelques questions simples : lorsqu’une masse de fluide est extraite du milieu
réservoir, peut-on attendre une déformation du sol ? De combien ? C’est un problème majeur quand on observe
l’enfoncement de plates-formes pétrolières posées sur le fond de la Mer du Nord. La roche poreuse, lorsque le
fluide est extrait, se compacte. Sa compaction souligne combien le milieu est déformable. On sait que la
compaction peut être localisée en bandes de compaction, comme il existe des bandes de cisaillement dans
d’autres cas. Les travaux effectués au Laboratoire de Géologie de l’ENS en accord avec ceux menés ailleurs :
Stony Brook, IPGS, GFZ) ont montré qu’un tel phénomène apparaissait quand la pression « effective » était
suffisamment élevée, et que la porosité l’était aussi.
31/75
Mode de déformation dans un grès
poreux (compaction inélastique
homogène, bande de cisaillement,
bandes de compaction). Dans cette
figure, les émissions acoustiques
émises pendant la déformation au
laboratoire des échantillons sont
relocalisées (Fortin et al. 2009
Pageoph, travaux effectués en
collaboration avec le GFZ de
Potsdam)
Paradoxalement, la compaction de roches poreuses est rendue possible par une petite dilatation, celle due aux
fissures qui désagrègent la roche. Ce mécanisme rend la détection des fissures très intéressante. Or
précisément les ondes élastiques sont très sensibles à leur présence. Ces ondes sont donc l’outil optimal pour
réaliser une surveillance à distance. Ce sont là les raisons qui ont motivé les recherches récentes sur ces
questions au Laboratoire de Géologie. Replaçant expérimentalement les roches dans des conditions de haute
pression, le Laboratoire dispose des moyens pour étudier la mécanique de leur déformation. (Les mêmes
moyens y sont utilisés pour des recherches sur la mécanique des failles et des séismes. Il est très possible en
effet que la pression de fluide joue un rôle important dans ce cas aussi).
Les travaux réalisés ont porté sur les grès, les basaltes, et les carbonates. Une thèse est en cours sur les
carbonates (L. Pimienta), une autre thèse débute sur les carbonates en octobre (A. Nicolas). Une thèse a été
réalisée sur les basaltes (M. Adelinet) et a conduit à des résultats originaux sur un sujet fondamental : les
propriétés élastiques mesurées en laboratoire (à des fréquences proches du MHz) sont elles identiques à celles
mesurées à basse fréquence (de 0,1 Hz à 10 kHz) en géophysique ? Cette question très fondamentale du
changement d’échelles terrain–laboratoire est aussi importante pour le monitoring des réservoirs. Nous avons
montré pour la première fois sur des basaltes que l’effet de fissures saturées introduisait une dépendance à la
fréquence dont on peut rendre compte par la théorie. Des travaux analogues ont été menés sur des grès dans
le cadre d’une thèse en collaboration avec Imperial College (thèse d’Emmanuel David ; David et al. soumis).
Comparaison expérimentale
du module élastique K
mesuré à haute fréquence
(HF) et basse fréquence
(LF), dans le cas où le
milieu est sec ou saturé. Un
effet de fréquence est
observé dans le cas saturé,
mais cet effet diminue
quand la pression effective
augmente, i.e. quand les
fissures se ferment (Adelinet
et al. GRL 2010).
32/75
Fortin, J., Stanchits, S., Dresen, G., and Guéguen, Y. (2009) Acoustic emissions monitoring during inelastic deformation of porous sandstone:
comparison of three modes of deformation. Pure and Applied Geophysics, 166, 823-841..
Stanchits, S., Fortin, J., Guéguen, Y., and Dresen, G. (2009). Initiation and Propagation of Compaction Bands in Dry and Wet Bentheim sandstone.
Pure and Applied Geophysics, 166, 843-868
Guéguen, Y. , and Sarout, J., 2009. Crack-induced anisotropy in crustal rocks : predicted dry and fluid-saturated Thomsen’s parameters. Physics of
the Earth and Planetary Interiors, 172, 116-124.
Ougier-Simonin, A., Sarout, J., and Guéguen, Y (2009). A simplified model of effective elasticity for anisotropic shales . Geophysics, 74, 3, D57D63.
Sarout, J., Guéguen, Y. , (2009). A semi-automatic processing technique for elastic-wave laboratory data. Ultrasonics, doi: 1016.
Guéguen, Y. , Sarout, J., Fortin, J., and Schubnel, A. (2009). Crack in porous rocks: tiny defects, strong effects. The Leading Edge, January
2009, 40-47.
Adelinet, M., Fortin, J., Guéguen,Y., Schubnel, A., and L. Geoffroy. (2010). Frequency and fluid effects on elastic properties of basalt: Experimental
investigations. Geophys. Res. Letters, 37, L02303, doi10.1029/2009GL041660.
Adelinet, M., Fortin, J., and Guéguen, Y., (2011). Dispersion of elastic moduli in a porous- cracked rock. Tectonophysics, 503, 1-2, 173-181.
Guéguen, Y., and Sarout, J., (2011). Characteristics of anisotropy and dispersion in cracked medium. Tectonophysics, 503, 1-2, 165-172.
Fortin, J., S. Stanchits, S. Vinciguerra and Y. Gueguen (2011). Influence of thermal and mechanical cracks on permeability and elastic wave
velocities in a basalt from Mt. Etna volcano subjected to elevated pressure. Tectonophysics, doi: 10.1016/j.tecto.2010.09.028
Guéguen, Y., and Kachanov, M. (2011). Effective elastic properties of cracked and porous rocks. Mechanics of Crustal Rocks, CISM Courses and
Lectures, 533, Y. Leroy and F. Lehner eds, 73-126.
4.2.3 L’eau
L’étude de l’écoulement dans des milieux fissurés à grande échelle a été abordée dans le cadre d’un projet sur
la ressource en eau douce des Iles Galápagos. Pour comprendre les propriétés hydrodynamiques de l’aquifère
basal une mission de terrain y a été conduite en 2011, avec des mesures de sismique réfraction. La
comparaison de la vitesse des ondes élastiques sur le terrain dans le milieu sec et saturé avec des mesures
faites au laboratoire sur des blocs sain (sans fracture) a permis d’estimer la porosité connectée du milieu. Des
travaux en cours tentent d’estimer la densité de fractures sur le terrain pour permettre ainsi de donner une
estimation de la perméabilité de l’aquifère basal. Ces travaux ont été financés par une ANR (2010-2013) et
donnent lieu à une thèse (Silvia Loaiza, étudiante équatorienne).
Profil de vitesse obtenu par sismique réfraction ; en bleu vitesse des ondes P dans le basalte saturé, en vert vitesse des ondes P dans
le basalte sec.
Les circulations de fluides ont également été étudiées dans le cadre de la thèse de Mathilde Adelinet, où des
travaux conduits sur l’Islande nous ont permis de caractériser en termes de densité de fissures et de nature de
fluide (liquide, gazeux, supercritique) la croûte sous la péninsule de Reykjanes à 2 et 6 km de profondeur. Pour
ce faire, nous avons utilisé des données de tomographie obtenues par les équipes de l’Université du Maine et
de l’IPGS que nous avons confrontées à un modèle de milieu effectif.
Enfin, si les basaltes poreux et fissurés constituent des encaissants importants pour les aquifères en milieu
volcanique (Galapagos, Islande), leur mécanique est assez peu connue. Nous avons étudié au laboratoire des
échantillons des basaltes de l’Etna (Fortin et al. 2011), d’Islande (Adelinet et al. accepté) et des Açores (Loaiza
et al. soumis) et montré que le comportement mécanique d’un basalte poreux est similaire au comportement
des grès. Néanmoins, l’évolution de la perméabilité pendant la déformation d’un basalte poreux est, elle, très
différente de ce qui est observé pendant la déformation d’un grès. En effet, dans les grès poreux la
perméabilité est contrôlée par la porosité, dans les basaltes poreux, celle-ci semble contrôlée non par la
porosité de pores, mais par la porosité de fissures qui ne représente que 1 à 2% pour une porosité totale de 1718%.
33/75
Densité de fissures dans la péninsule de Reykjanes (Islande) à 2
km de profondeur et à 6 km [Adelinet et al. GRL 2011]
A. Pons, C. David, J. Fortin, S. Stanchits, B. Menéndez, and J.M. Mengus. 4X-ray imaging of water motion during capillary imbibition in porous
rocks. Part 2: influence of compaction bands (2011). Journal of Geophysical Research, vol. 116, B03205, doi:10.1029/2010JB007973.
Guéguen, Y. , Adelinet, M., Ougier-Simonin, A., Fortin, J., and Schubnel, A. (2011). How cracks modify permeability and introduce velocity
dispersion : Examples of glass and basalt. The Leading Edge, December 2011, 1392-1398.
Adelinet, M., Dorbath, C., Le Ravalec, M., Fortin, J., and Guéguen,Y. (2011). Deriving microstructure and fluid state within the Icelandic crust from
the inversion of tomography data. Geophys. Res. Letters, 38, L03305, doi10.1029/2010GL046304.
L. Louis, P.Spacek, C. David, T-F. Wong, J. Fortin and S. Sheng-Rong (2012). Elastic Anisotropy of Core Samples from the Taiwan Chelungpu Fault
Drilling Project (TCDP): Direct 3-D Measurements and Weak Anisotropy Approximations, Geophysical Journal International, vol 188, 239-252, 2012
M. Adelinet, J. Fortin, A. Schubnel and Y. Gueguen. Deformation modes in an Icelandic Basalt: from brittle failure to localized deformation bands,
accepted
Collaborations
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Le CEA-LDG, qui a conduit à la création en 2009 d’un laboratoire commun (LRC Yves Rocard)
Le CEA Marcoule
Le laboratoire de mécanique des solides de l’Ecole Polytechnique
L’Université Pierre et Marie Curie
L’IFPEN
L’Université de Cergy-Pontoise
Institute of Geophysics (Beijing)
Imperial College (London)
INGV de Rome
GeoForschungsZentrum de Potsdam
Contrats
•
•
•
ANDRA – AREVA – CEA Comportement mécanique du verre nucléaire
ANR GIIWS Approche intégrée de quantification des ressources en eau et de leur impact sur les
écosystèmes des îles Galápagos
BQR ENS
34/75
5. BILAN DU THEME : CARBONES NATURELS ET ANTHROPIQUES
Les carbones sont généralement caractérisés par une organisation multi-échelles, du micromètre au
nanomètre. Que ce soit dans la Nature, ou lors de synthèses industrielles ou en laboratoire, cette organisation
multi-échelles des carbones enregistre les conditions de leur formation (nature du précurseur, température,
pression, présence éventuelle de catalyseurs comme du fer, irradiation…) ; elle peut donc être considérée
comme une empreinte génétique. Notre démarche originale repose sur une analyse couplée d'objets naturels et
d'analogues expérimentaux afin de remonter aux conditions de formation d'objets naturels ou bien de mieux
comprendre les propriétés de matériaux carbonés. Deux exemples, obtenus ces deux dernières années, sont
donnés ici pour illustrer la pertinence de la démarche.
5.1. HISTOIRE DU CORPS-PARENT D'ACHONDRITES PRIMITIVES DEDUITE DE LA NANOSTRUCTURE ET DE LA
COMPOSITION ISOTOPIQUE DE LEURS CARBONES
Jean-Noël Rouzaud (ENS), Emeline Charon (doct. ENS), Jérôme Aléon (CSNSM, Orsay)
Notre travail porte sur des achondrites primitives issues de la famille des acapulcoites - lodranites. Ces
météorites, supposées intermédiaires entre les chondrites et les achondrites, ont été choisies car elles ont subi
un degré de métamorphisme élevé, une fusion partielle de leur métal, et probablement des phénomènes de
choc. Pour mieux comprendre l'histoire de ces météorites et décrypter les premiers stades de la différenciation
planétaire, nous avons eu recours aux caractéristiques structurales et chimiques de leurs phases carbonées,
celles-ci étant des empreintes génétiques de leurs conditions de formation, et à leur composition isotopique
qui permet de remonter à la nature des précurseurs. Pour cela, nous avons réalisé sur les mêmes zones de
dimensions micrométriques analyse structurale par micro-spectrométrie Raman, visualisation directe de
l'organisation à l'échelle nanométrique par MET-HR (Microscopie Electronique par Transmission Haute
Résolution) effectuée sur des coupes "FIB" (Focused Ion Beam), et analyses isotopiques in situ du carbone et de
l'azote par SIMS (spectrométrie de masse par émission d’ions secondaires).
20 µm
Caractérisation des carbones de météorite. A gauche : cartographie Raman (bleu, carbone partiellement graphitisé ; rouge, carbone
désordonné). A droite : position des coupes par faisceaux d’ions focalisés (traits rouges) et des points d’analyse à la sonde ionique (points
bleu-vert).
De plus, l'observation des objets naturels a été systématiquement couplée à des analogues expérimentaux
(pyrolyses entre 600 et 1600°C d'une matière organique semblable à celle des chondrites avec du fer). Les
caractérisations structurales et isotopiques ainsi obtenues nous ont permis de proposer un scénario original de
l'histoire thermique de ces météorites et de proposer ainsi une reconstitution de l'histoire de leur corps
parent. Sont ainsi successivement mis en jeu : un métamorphisme thermique et un début de différenciation,
suivi d'un choc responsable de l'apport d'une matière organique chondritique, laquelle va être seulement
carbonisée ou graphitisée (avec mise en évidence du rôle catalytique du fer). Ces deux processus
fondamentaux ont pu, pour la première fois, être clairement distingués par le recours à des paramètres Raman
originaux et le suivi des variations des rapports isotopiques δ13C et δ15N.
Une telle étude à l'interface entre Science de l'Univers et Science des Matériaux est une première. Du point de
vue des Sciences de la Tterre et de l'Univers, il est remarquable que des signatures isotopiques préaccrétionnelles aient pu subsister au début de la différentiation planétaire. En ce qui concerne les matériaux
carbonés industriels, la distinction, sur des bases enfin claires, des phénomènes de carbonisation et de
graphitisation permettra une meilleure compréhension de leurs propriétés.
Deux articles vont être prochainement proposés aux journaux "Geochimica et Cosmochimica Acta" et "Carbon",
les résultats préliminaires ayant fait l'objet de présentations orales aux conférences internationales de la
Meteoretical Society (New-York, 2010 ; Londres, 2011 ; Cairns, 2012) et "Carbon" (2010 à Clemson, USA ; 2011 à
Shanghaï ; 2012 à Cracovie).
Dans cette thématique "Carbones naturels et analogues expérimentaux", il convient de signaler la participation
active de l’équipe à deux ANR : " Etude des premières traces de Vie sur Terre (Archeamat)" et " Etude de
Thème Carbones naturels et anthropiques
35/75
l’organisation de nanoparticules de carbone comme analogues possibles de carbones circumstellaires"
("COSmoMatériaux du Milieu Interstellaire au Système solaire : Multi-diagnostics Expérimentaux").
5.2. ETUDE DE GRAPHITES NUCLEAIRES IRRADIES; CONSEQUENCES SUR LEUR DECONTAMINATION
Jean-Noël Rouzaud (ENS), Mohamed Ramzi Ammar (post-doc ENS)
En France, la première génération de réacteurs nucléaires, dite «Uranium naturel-Graphite- Gaz», a été
développée dans les années 50-60 et démantelée au début des années 90. Ces réacteurs utilisaient des
modérateurs absorbant très peu les neutrons tels que le graphite. 23.000 tonnes de graphites irradiés doivent
être maintenant stockées (250.000 tonnes dans le monde). Dans un premier temps, notre travail s'est effectué
dans le double cadre du programme Européen "Carbowaste" (post-doc de Mohamed Ramzi Ammar, 2008-2010)
et d'un contrat avec l'Andra. Il a porté sur la dégradation structurale du graphite nucléaire dans des réacteurs
(échantillonnage post-mortem), en comparaison avec des expériences d'implantation d'ions sur du graphite de
référence. Nous avons ainsi pu préciser les rôles respectifs de la fluence et de la température de
fonctionnement sur la dégradation structurale du graphite (conférence Carbon 2010, Clemson, USA). La METHR nous a notamment permis de visualiser directement, ce qui est une première, la destruction de la
structure lamellaire du graphite et la formation d'un carbone désordonné nanoporeux (voir figure ci-dessous).
C'est très vraisemblablement dans cette phase néoformée que sont piégés des contaminants tels que le 14C
formés au cours de l'irradiation neutronique. Par analogie avec la gazéification des cokes de haut-fourneaux,
nous avons pu proposer une carboxygazéification des déchets de graphite irradié afin de permettre de
consommer préférentiellement les seules parties nanoporeuses contaminées et donc de séparer le 14C
(conférence Carbon 2011, Shanghaï).
Images de Microscopie Electronique par
Transmission de graphites de réacteurs nucléaires
A gauche : graphite avant fonctionnement, structure
lamellaire parfaite.
A droite : après irradiation aux neutrons lors du
fonctionnement de la centrale.
Taille de la barre d'échelle verticale: 1 nm.
Ce procédé original est très prometteur car il devrait aboutir à une décontamination de ces déchets, et donc
permettre d'éviter leur stockage. Il a fait l'objet d'une ‘keynote lecture’ invitée à la conférence Carbon 2012
(Cracovie, 16-22 juin 2012). Il est actuellement testé dans le cadre d'un contrat de collaboration Cnrs-EnsAndra-Cea-Edf et de la thèse de Justin Pageot.
Vazquez-Santos M. B.; Martinez-Alonso A.; Tascon J. M. D, J.N. Rouzaud et al. (2010) The key role of microtexture in the graphitisation of PBO fibre
chars as seen by X-ray scattering and transmission electron microscopy . CARBON Vol. 48, 3968-3970
Duprat J.; Dobrica E.; Engrand C.; J.N. Rouzaud et al.. (2010) Extreme Deuterium Excesses in Ultracarbonaceous Micrometeorites from Central
Antarctic Snow. SCIENCE Vol. 328 Issue: 5979 , 742-745.
Ammar M. R.; Rouzaud J. N.; Vaudey C. E.; et al. (2010) Characterization of graphite implanted with chlorine ions using combined Raman
microspectrometry and transmission electron microscopy on thin sections prepared by focused ion beam . CARBON Vol. 48, 1244-1251
Le Guillou C.; Rouzaud J. N.; Remusat L.; et al. (2010) Structures, origin and evolution of various carbon phases in the ureilite Northwest Africa
4742 compared with laboratory-shocked graphite. GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA Vol. 74, 4167-4185
Ammar M. R.; Rouzaud J.-N. (2012) How to obtain a reliable structural characterization of polished graphitized carbons by Raman
microspectroscopy . JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY Vol. 43, 207-211.
Financements : tout le financement de ce thème repose sur 2 contrats Andra (2008-2010 et 2012-2015), un
troisième (Andra-CEA-EDF, 2012-2015) est à la signature.
Principales collaborations : BioEmCo (UPMC), Institut de Physique Nucléaire de Lyon, Muséum National
d'Histoire Naturelle, Laboratoire de Planétologie de Grenoble, Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay,
Institut des Sciences des Matériaux de Mulhouse, CEA Saclay, Andra (Chatenay-Malabry), INCAR (Oviedo,
Espagne), Université Charles (Prague), Institut de Combustion de Naples, Université de Katowice (Pologne),
Centre de Biophysique Moléculaire (Orléans), Institut Français du Pétrole Energies Nouvelles, …
Thème Carbones naturels et anthropiques
36/75
6. BILAN DU THEME ‘GEO-ARCHEOLOGIE’
La création de cette thématique émergente lors du dernier projet quadriennal reflétait l’existence de
nouveaux projets associant des approches « géologiques » et archéologiques, menés au sein du laboratoire.
Bien que cette thématique reste subordonnée, les trois axes de recherche développés concernent plus de six
collaborateurs scientifiques, quatre au laboratoire et plusieurs archéologues, dont une enseignant-chercheur
du laboratoire AOROC de l’ENS. Les deux principaux partenaires sont l’Institut de Paléontologie humaine du
MNHN et le Département des Sciences de l’Antiquité à l’ENS, ce qui a permis de développer une logique de site
très bienvenue en y associant depuis 2009 cinq étudiants de l’ENS, en Géosciences et en Lettres, au travers de
stages de recherche.
6.1. COLLABORATIONS AVEC LE DEPARTEMENT SCIENCES DE L’ANTIQUITE DE L’ENS (UMR 8546)
Julia de Sigoyer (UMR 8538), Julie Carlut (UMR 8538, puis IPGP), Hélène Dessales (Département d’archéologie
de l’ENS, UMR 8546), Aurélia Hubert Ferrari (UMR 8538, puis Université de Bruxelles), Prof. Dr. Erhan Altunel
et Dr. Volkan Karabacak (Université Osmaganzi, Turquie), Dr Hatice Pamir (archéologue responsable des sites
d’Antakya, Turquie).
La collaboration avec le laboratoire d’archéologie de l’ENS s’est amplifiée depuis 2009 en impliquant de
nouveaux intervenants. Les recherches concernent l’étude du bâti dédié à l’eau et à son adduction à l’époque
romaine, avec divers soutiens financiers : BQR ENS, ATIP Jeunes chercheurs CNRS, INSU (TerMex Mistral),
ministère de la culture. De manière très gratifiante, les études entreprises vont au-delà d’une simple
collaboration sur les outils de caractérisation : elles ont permis l’émergence d’une nouvelle thématique,
l’archéo-sismicité, à l’interface de nos deux laboratoires.
Un premier volet, impliquant Hélène Dessales et Julie Carlut, a permis l’étude des concrétions calcaires
tapissant le réseau d’adduction d’eau dans la ville d’Ostie en Italie. Ce projet s’est prolongé sur les sites des
moulins de Barbegal et du pont du Gard (France), avec un financement PCR (Ministère de la Culture). Les outils
utilisés pour étudier ces concrétions calcaires sont les microscopies optique et électronique et des mesures
d’inclinaison magnétique permettant de dater ces concrétions. Des études géochimiques sur majeurs et traces
à l’ICPMS ablation laser permettent de caractériser non seulement les sources de l’eau circulant dans ces
réseaux mais d’accéder également à des données paléo-environnementales (température de l’eau,
pluviométrie…). Ces études de concrétions calcaires ont également été menées à Pompéi où un niveau
anormalement riche en plomb a été interprété comme reflétant des réfections sur les tuyauteries du réseau
hydrographique à la suite d’un séisme. L’étude de concrétions calcaires d’Antioche-sur-Oronte sera effectuée
l’an prochain. Ces études sur les concrétions calcaires ont impliqué la participation de deux étudiants du
laboratoire de Géologie sur plusieurs stages de recherche.
Le second volet de ces collaborations concerne l’étude des matériaux de construction de ces aqueducs ou
châteaux d’eau. Nous avons dans un premier temps caractérisé pétrologiquement les matériaux de
construction de la ville de Pompéi et identifié leur provenance. Les analyses sur les briques de Pompéi se
poursuivent grâce à un stage de L3 du laboratoire de Géologie (2012) afin de mettre en évidence les
provenances diverses des briques en fonctions de leur usage. Ainsi les bâtiments privés (et les châteaux d’eau)
contiennent des briques de facture locale, alors que les briques des bâtiments administratifs (administrés de
Rome) proviennent d’une autre région.
A travers un stage de recherche de M1 impliquant une élève normalienne du département de lettres en 2010,
nous avons prolongé l’étude des matériaux de construction de Pompéi entreprise en 2007, en caractérisant
leurs propriétés mécaniques, telles que porosité, densité, résistance à la rupture, grâce à la participation de
Jérôme Fortin (CR) et Mathilde Adelinet (alors doctorante) au laboratoire de Géologie de l’ENS. Couplée à une
étude du bâti, ces résultats montrent que les constructeurs romains connaissaient suffisamment bien les
matériaux pour optimiser leur utilisation en assurant la stabilité des édifices confrontés à l’aléa sismique.
Cette étude a été suivie d’un projet transversal TerMex-Mistral financé par l’INSU (10 k€) sur l’archéo-sismicité
à la jonction faille Est Anatolienne- faille du Levant enregistrée dans l’aqueduc d’Antioche-sur-Oronte
(Antakya, Turquie). Le site d’Antioche-sur-Oronte présente un très grand aqueduc romain qui a fonctionné
pendant plusieurs siècles. Ce site est soumis à un fort aléa sismique et de nombreux séismes sont documentés
pendant le fonctionnement de l’aqueduc. Le réseau d’adduction d’eau constitue une infrastructure clef dans la
vie d’une cité. Ainsi après chaque destruction co-sismique l’aqueduc a été rapidement réparé. Une mission de
reconnaissance à Antioche a eu lieu en 2010 afin d’évaluer le potentiel de ce site. Le site est prometteur et les
collaborations sur place sont maintenant établies avec deux universités turques, l’Université Osmaganzi et
celle d’Antakya. Une mission d’échantillonnage a donc eu lieu en juillet 2012. Un étudiant en M2 étudiera en
2013 ces premiers échantillons, une thèse est ensuite envisagée sur ce projet. Ce champ d’étude prometteur
sera donc poursuivi dans le prochain quinquennal.
Thème Géo-Archéologie
37/75
Dessales H., Le partage de l’eau. Fontaines et distribution hydraulique dans l'architecture domestique de l'Occident romain, Rome, BEFAR, 351 (sous
presse).
Carlut, J., G. Chazot, H. Dessales, and E. Letellier (2009), Trace element variations in an archeological carbonate deposit from the antique city of Ostia :
Environmental and archeological implications, C. R. Geosci., v. 341(1), pp. 10-20, doi : 10.1016/j.crte.2008.09.006.
6.2. APPORT DES ETUDES DU SIGNAL MAGNETIQUE AUX THEMATIQUES ARCHEOLOGIQUES :
COLLABORATIONS AVEC L’INSTITUT DE PALEONTOLOGIE HUMAINE DU MNHN
Jean-Pierre Pozzi (ENS), Henri de Lumley (MNHN), Bruce Velde (ENS), Dominik Janots (IE CDD ENS)
6.2.1 Ce qui est enregistré dans la calcite des spéléothèmes
La calcite quasi pure qui se dépose dans des grottes porte une aimantation que l'on peut déchiffrer. Ceci nous
permet de dater des planchers stalagmitiques, ou flowstones, pour des périodes inaccessibles aux méthodes de
datation classiques U-Th, très précises sur les carbonates mais limitées à 500 ka. Grâce à une étroite
collaboration entre l'Institut de Paléontologie Humaine du MNHN, le CEREGE pour les datations, et le LSCE (Saclay)
pour les isotopes stables, nous avons daté deux carottes prélevées dans une grotte habitée par l'homme et qui
comportent l'inversion Brunhes-Matuyama à la base. La qualité de l'enregistrement magnétique a permis
d'établir une datation précise jusqu'à l'inversion à 780 ka.
La comparaison des isotopes stables avec les enregistrements obtenus en Antarctique dans les forages EPICA
nous a amenés à proposer de rajeunir légèrement la transition Brunhes-Matuyama.
Les flowstones ne sont soumis à aucun des aléas liés aux sédiments (décalage des enregistrements magnétiques
et isotopiques) ni de la glace (écoulement qui doit être modélisé). Ils ne subissent ni compaction ni fluage, sont
datables par U-Th et par le magnétisme. C'est un matériau d'avenir pour l'enregistrement du climat.
Les flowstones enregistrent en continu, (environ 1cm/ka), en plus du magnétisme, les variations isotopiques de
l'oxygène et du carbone sans que rien ne vienne perturber l'enregistrement par la suite. Les variations
isotopiques de l'oxygène sont difficiles à interpréter ; par contre celles du carbone sont un enregistrement
fidèle des variations de la végétation locale et de la façon dont les plantes et les sols réagissent localement
aux sollicitations climatique globales car, avant de traverser la roche et de se charger en calcite, c'est d'abord
dans le sol que l'eau séjourne et elle s'y charge d'une multitude de messages. L'analyse fine de la nature et de
la concentration des argiles contenues apporte donc aussi une donnée indispensable.
6.2.2 Les stratégies de l'homme devant les changements de climat
La grotte de Tautavel est connue mondialement pour les fossiles humains et animaux qui y ont été découverts.
Les fouilles continues faites depuis plusieurs décennies par le Laboratoire de Paléontologie Humaine du MNHN,
ont mis à jour plus de 900.000 objets tous répertoriés et repérés in situ dans la grotte sur un front de fouilles
vertical d'environ 10 mètres de hauteur. A partir de ces objets, une stratigraphie paléontologique a été faite et
sans cesse affinée, qui tient compte des fossiles humains et animaux. Cette stratigraphie retrace les aléas de
l'occupation humaine, nombre de personnes, présence d'hommes seuls ou plutôt de famille, présence des
enfants (dents de lait à certains niveaux), type de nourriture etc. Nous comparons cette stratigraphie avec une
stratigraphie basée sur l’évolution dans le temps de la nature et la taille des minéraux magnétiques qui traduit
l’apport détritique, ainsi que sur l’évolution des minéraux argileux sensibles au climat, en utilisant les moyens
analytiques et les compétences du laboratoire. Les mesures magnétiques sensibles aux propriétés des
matériaux détritiques sont la susceptibilité magnétique et la caractérisation de la nature et de la
concentration des minéraux par analyse de leurs transitions à très basse température, jusqu'à 10 K. On mesure
aussi les changements dans les rapports isotopiques de l’oxygène et du carbone au LSCE (Saclay). Cette
stratigraphie physique, comparée à l’excellente stratigraphie paléontologique, devrait nous éclairer sur les
adaptations de l’homme préhistorique aux changements du climat.
Pozzi J.-P., L. Rousseau, D. Genty, et al. (soumis). Chronology of two flowstone cores down to the Brunhes-Matuyama transition (Basura cave, Liguria,
Italy). Submitted to Quaternary Sci. Rev.
Thème Géo-Archéologie
38/75
PRODUCTION SCIENTIFIQUE : UNE ANALYSE
La production du laboratoire est essentiellement constituée d’articles de revues à comité de lecture
dites de rang A, mais aussi d’ouvrages et de cartes. Elle est pour les deux-tiers co-signée avec des collègues
étrangers, dont 45% d’Européens, 17% d’Asiatiques, où les Chinois supplantent maintenant les Japonais, et 16%
d’Etats-uniens. Elle se résume à environ 70 articles par an pour l’unité (un accroissement de près de 5% d’un
quadriennal à l’autre) et donc une moyenne de plus de 2,8 articles/an par chercheur (contre 2,2 pour le
quadriennal précédent). Le laboratoire « pèse » maintenant plus de 2500 citations par an dans la littérature
mondiale (et devrait atteindre 3000 citations par an d’ici le début du prochain quinquennal, le nombre total
d’articles ne faisant qu’augmenter) avec, selon l’Institute for Scientific Information, 14 chercheurs cités plus
de 1000 fois, dont 5 plus de 2000 fois.
Une analyse bibliométrique plus approfondie sur la période 2009–2012 (que nous devons à la curiosité
de Nicolas Chamot-Rooke) est instructive par l’analyse des collaborations, externes comme internes à l’unité
(voir Annexe 1, où sont regroupées les illustrations). On en retiendra l’idée d’un laboratoire de chercheurs et
enseignants publiant activement et, compte tenu de leurs âges, également reconnus.
RAYONNEMENT ET ATTRACTIVITE ACADEMIQUE
Le laboratoire dans son environnement : des actions structurantes fortes
Dès avant le début de ce quadriennal l’unité a été concernée par plusieurs actions structurantes fortes
avec ses voisins.
- En octobre 2009 le laboratoire de recherche commun LRC 'Yves Rocard' entre le DASE du CEA et
l’UMR a vu le jour pour une période initiale de 4 ans, autour de 5 thèmes de notre quadriennal, d'intérêt
commun. Cet accord est stratégique, en donnant à l'UMR accès à une composante ’observatoire' exceptionnelle
et à des moyens de calcul qui renforcent son attrait géophysique. En pratique, il permet au Laboratoire de
Géologie d’accueillir sur ces thèmes communs des stagiaires, thésards ou post-docs financés par le LRC.
- Les relations avec l’IPG Paris se sont renforcées, après la création du LIA Montessus de Ballore (IPGP–
ENS–Université du Chili à Santiago) fin 2006, avec la co-accréditation en 2010 de l’école doctorale ED109 par
l’ENS, avec l’IPGP, Paris-Diderot. Ceci met fin à la présence de l’UMR dans l’ED143 à Orsay.
- Par ailleurs, le laboratoire est partenaire du montage de l’OSU Paris-Centre "Ecce Terra", lancé en
2012 et adossé à l’UPMC, en essayant de fédérer autour des thématiques 'aléa géologique' et 'ressources
naturelles' les laboratoires ISTEP, IMPMC pro parte et l’UMR. Nos plates-formes d’observation, expérimentale et
analytique sont une composante significative du potentiel de l’OSU dans ce domaine.
- La composante la plus ‘matériaux’ du laboratoire est associée au Labex Matisse, porté par le l’UPMC
et le Collège de France autour des interfaces et de la réactivité des matériaux, naturels en particulier, donc
aux confins de la Chimie et de la Minéralogie.
- Enfin, la création de l’IDEX PSL en 2012 apporte une perspective nouvelle, où l’unité est impliquée
dans le projet Géosciences et fortement concernée par celui d’Institut de l’Environnement. En écho à la
singularité et à la vocation de cette IDEX, petite ‘research university’, le défi de l’UMR est de s’y projeter en
faisant valoir ses propres singularités : petite structure et pluridisciplinarité devant favoriser les interfaces
dans et hors laboratoire, accès à des étudiants sélectionnés, excellence reconnue, succès aux appels d’offre,
fort taux de renouvellement par l’accueil de jeunes chercheurs brillants qui à terme essaiment dans le paysage
national et le fertilise. Voir Projet !
Les plates-formes instrumentales
Depuis 2007, nous avons continué à considérablement développer notre parc expérimental en acquérant :
- un microscope électronique à effet de champ (Zeiss Ultra) installé au sous-sol en 2009, donnant une
résolution nanométrique et des possibilités de cartographie chimique irremplaçables ;
- un autoclave à prélèvement de fluide en conditions expérimentales (400 bars, 500°C), acheté en commun
avec l’IPGP ;
- une centrifugeuse et un granulomètre à laser en 2010 et 2011 pour lancer l’activité des nouveaux venus (P.
Barré, P. Meunier ; action incitative ENS et fonds propres), plus proches de la surface (charge des rivières,
granulométrie des argiles et agrégats des sols….),
- en faisant ré-usiner la moins récente des deux presses triaxiales afin de pouvoir l’équiper d’un suivi
acoustique de la déformation à haute fréquence d’acquisition (J. Fortin, action incitative ENS 2011 et fonds
propres) ;
- en continuant à enrichir le parc de stations sismologiques et récepteurs GPS, en privilégiant l’acquisition en
continu et la télétransmission des données.
Rayonnement et attractivité académique
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Le traitement, le calcul, l’archivage et la mise à disposition de ces données (et des données INSAR)
nécessite un soutien informatique puissant. Capacités de stockage et de calcul, puissance accrue du cluster
pour le calcul parallèle et… protection électrique (2012) avant travaux vont donc de pair avec le
développement instrumental.
Cet ensemble d’outils expérimentaux et de caractérisation est à l’origine de nombreuses
collaborations nationales et internationales, puisque le laboratoire est pratiquement le seul en Ile de France
pour l’expérimentation hydrothermale, et dispose d’un dispositif qui n’a que deux équivalents au monde pour
le suivi acoustique de la déformation sous conditions contrôlées de pression, température, nature du fluide.
C’est une force, mais aussi un enjeu : maintenir le soutien et l’expertise technique en personnel ITA sans
lequel la pérennité d’une plate-forme est illusoire.
La notion de plate-forme développée dans ce quadriennal a pris corps avec le rattachement d’un AI du
laboratoire à chacune des deux (cf. Organigramme), puis avec leur reconnaissance par l’OSU Ecce Terra créé
en 2012.
Projets internationaux, collaborations internationales
- Création du LIA « Montessus de Ballore » avec l’IPGP et l’Université du Chili à Santiago en novembre 2006,
reconduit et élargi en 2012.
- Participation à 6 nouveaux projets européens du 7ème PCRD durant la période concernée, avec pour
thématiques principales l’aléa sismique et les carbones du cycle nucléaire.
- Un douzaine de projets dans des programmes bilatéraux avec le Canada, l’Indonésie, l’Allemagne, la Suisse,
la Thaïlande, l’Italie, la Turquie, la Bulgarie, la Grèce, la Tunisie et le Maroc (onglet Partenariats du fichier
Excel Résultats).
Accueil de visiteurs étrangers ou non ; enseignements à l’étranger
Le corollaire de ces nombreuses collaborations internationales est la présence de nombreux visiteurs
étrangers au laboratoire, soit par le biais des programmes internationaux, soit comme enseignants invités par
le Département Géosciences de l’ENS (2 à 3 mois/an pour l’unité), soit comme chercheur invité par le CNRS (3
mois en 2007). L’Annexe 2 récapitule les séjours d’au moins un mois, avec une liste des enseignants invités et
autres visiteurs étrangers. Accueillir deux chaires Blaise Pascal en 12 ans (Jim Rice en 1999, Kurt Lambeck en
2011) est une démonstration de l’attrait du laboratoire sur une haute scène internationale.
Mais l’attrait du laboratoire se manifeste aussi localement, puisqu’il accueille régulièrement en
délégation au CNRS des enseignants des universités voisines (UPMC, Cergy, Marne-la-vallée, voire ENS), MC (M.
Fournier, C. Petit, V. Malavergne, de Sigoyer, B. Maillot) ou professeurs (S. Lallemand, C. David).
Réciproquement, plusieurs chercheurs de l’unité ont assuré des séries de cours à l’étranger, en Chine
(Chinese Academy of Sciences, M. Pubellier 2006 ; Y. Guéguen 2007, Y. Leroy 2008, 2011, 2012), Malaisie (Univ.
Petron, M. Pubellier 2007, 2008 ; détachement en 2012), au Chili (Univ. Santiago, C. Vigny 2008) et… en France
(Ecole Centrale, Y. Leroy ; Ecole Polytechnique, J. Fortin, 2011-12) !
Organisation de réunions internationales
- Symposium « Fluid-assisted rock deformation and tectonics » en l’honneur de Fabian Lehner, 12-13 avril
2007 : organisé par Yves Leroy et Yves Guéguen, il a réuni à l’ENS le « gratin » de la mécanique des roches.
http://www.geologie.ens.fr/~fortin/conf/
- South China Sea GRI Workshop - Paris, 11-12 février 2011, (ENS-CNRS, Total, BGR), organisé par M. Pubellier
dans le cadre du Groupe recherche-industrie ‘mer de Chine du sud’
http://www.geologie.ens.fr/spiplabocnrs/IMG/pdf/WS_SCS_Programme.pdf
On notera aussi l’organisation par A. Schubnel de ‘workshops’ nationaux à l’ENS à l’occasion des
séjours au laboratoire des prof. Paul Young (fév. 2010), Toshi Shimamoto (nov. 2010) et Harry W. Green (sept.
2011).
Activités d’édition scientifique
- Science : R. Madariaga a été membre du « Board of editors » de 2001 à 2010.
- European Journal of Mineralogy : C. Chopin est directeur de la publication depuis 2001.
- Geological Society London : E. Buffetaut est membre du « Books editorial committee ».
Organisation de sociétés savantes, commissions ou instances d’évaluation internationales
7ème PCRD : R. Madariaga est membre du comité d’évaluation des programmes de recherche en Sciences de la
Terre de l’Union Européenne (2008, 2010, 2012).
European Mineralogical Union : C. Chopin en a été vice-président (2004-07, 2008-11).
International Mineralogical Union, Medal Committee : C. Chopin (2009-2010).
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Distinctions
Doctorants :
N. Cubas
A. Verlaguet
G. Hétenyi
N. Brantut
- Outstanding student paper award, AGU, Fall 2007.
- Prix Haüy de la Société française de Minéralogie et de Cristallographie (thèse), 2007.
- Prix de thèse de la Chancellerie des Universités de Paris, 2008
- Tectonophysics Section Outstanding Student Paper Award, AGU Fall meeting 2008
- Young Scientist Award for Best Contribution, Euro-conference of Rock Mechanics 2009
- Prix de thèse du Comité national français de Géodésie et de Géophysique (CNFGG), 2011
S. Bernard
- Prix de thèse Haüy–Lacroix, Société française de Minéralogie et de Cristallographie
(SFMC), 2009
- Prix de thèse FFG-Total de la Fédération française des Géosciences, 2010
A. Ougier-Simonin - EGU Outstanding student paper award, 2010
F. El Atrassi
- EGU Outstanding student poster award, GMPV Division, 2011
C. Clerc
- EGU Outstanding student poster award, TS Division, 2012
F. Bourdelle
- Prix Ephyla (meilleur poster), Groupe français des Argiles (GFA), 2011
- Prix de thèse Haüy–Lacroix, Société française de Minéralogie et de Cristallographie
(SFMC), 2012
Chercheurs :
O. Beyssac
N. Chamot-Rooke
C. Chopin
Y. Gueguen
-
Prix Michel Gouilloud / Schlumberger de l'Académie des sciences, 2010
Médaille de la Société océanographique, 2010
Dédicataire du nouveau minéral chopinite, Mg3(PO4)2 (Grew et al., 2007)
Membre étranger de l’Accademia Nazionale dei Lincei, Rome, 2012.
Médaille Louis Néel de l’European Geosciences Union, 2009
L’UMR a aussi accueilli Kurt Lambeck sur une Chaire Blaise Pascal de la région Ile-de-France (2011).
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INTERACTIONS AVEC L’ENVIRONNEMENT ECONOMIQUE ET CULTUREL, VALORISATION
Brevets
Le souci de diffusion et de valorisation des connaissances, tout en assurant la protection des droits des auteurs,
a conduit au dépôt de deux brevets, l’un sur la synthèse de nanodiamants en phase vapeur (2008, J.-N.
Rouzaud), l’autre sur une méthode thermométrique fondée sur les propriétés magnétiques des sédiments
(2007, J.-P. Pozzi), ce dernier publié en 2010 et étendu aux grands pays du monde et testé (thèse M. Kars,
Total). Deux exemples qui montrent que des recherches très fondamentales sur les propriétés des matériaux
géologiques peuvent ouvrir rapidement la voie à des applications.
Mise à disposition
Un autre aspect des transferts de connaissance vers le secteur économique a été la mise à disposition
d’un chercheur (M. Pubellier, CR CNRS) auprès de la société Total pour un an (2006-2007). Ceci a permis de
renforcer les liens et les collaborations, en particulier sur des projets de terrain et de cartographie en Asie du
SE, avec à la clé le financement de deux nouvelles thèses (F. Sapin et V. Bailly) et, surtout, la création en 2009
d’un GRI (voir « Contrats de recherche » ci-dessous). Depuis fin 2011 M. Pubellier est détaché pour deux ans
auprès de l’Université Petron en Malaisie pour y monter un cursus de géologie pétrolière.
Jeune pousse et cellule industrielle
Autre aspect encore du transfert de connaissances : l’accueil au laboratoire de GeoSubSight, une
« jeune pousse » incubée par Agoranov jusqu’en 2008 et dont l’horizon est aussi le monde pétrolier. Il nous
reste le regret de n’avoir pu obtenir un poste de PAST de l’ENS en 2010 pour pérenniser cette ouverture sur le
monde industriel. Une « cellule industrielle » a été créée au laboratoire en 2007 dans cet esprit.
Contrats de recherche
De fait, les liens avec les secteurs pétrolier et parapétrolier ont connu un fort développement, avec
des partenaires comme BP (2006-2009 autour de la mécanique des roches réservoirs) ou l’IFP (plusieurs bourses
CIFRE sur la diagenèse avancée et la modélisation des bassins, des prismes) et surtout TOTAL, avec en 2009 les
gros contrats de deux Groupes recherche-industrie, ‘mer de Chine du sud’ et ‘Méditerranée orientale’. C’est
toujours le secteur de l’énergie, nucléaire cette fois (Areva, CEA, Andra, EDF), qui est derrière d’autres
contrats sur le comportement mécanique des verres de stockage, des argilites et celui des graphites irradiés
(programme européen CarboWaste). Dans chaque cas, l’expertise théorique ou instrumentale présente dans
l’unité est le facteur apprécié du monde économique.
Enseignement et formation par la recherche
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ENSEIGNEMENT ET FORMATION PAR LA RECHERCHE, INFORMATION ET CULTURE SCIENTIFIQUE ET
TECHNIQUE
Le site de L’ENS est sans doute le lieu le plus propice à une formation par la recherche, les étudiants
vivant dans et au milieu des laboratoires, en relativement petits groupes. Ceci est entièrement vérifié au
Département Géosciences et au Laboratoire de Géologie en particulier, puisque les étudiants y côtoient les
chercheurs au quotidien. La taille réduite des promotions (10 à 15 étudiants) favorise aussi les contacts
personnels entre étudiants et chercheurs, et même avec un ou deux ITA-IATOS qui participent à l’encadrement
de TP sur leurs propres instruments (méthodes d’analyse de la matière, traitement de données géodésiques).
Une autre caractéristique de l’unité est la très forte implication du personnel chercheur dans les
enseignements « maison », la formation L3–master « Sciences de la planète Terre ». Ceci est vrai pour
l’organisation comme pour l’enseignement lui-même. En effet, quasi tous les chercheurs CNRS de l’unité
assument des charges de cours ; deux d’entre eux (Y. Leroy et P. Briole) ont assuré successivement la direction
des études (cumulée avec la direction adjointe du Département) et L. Fleitout représente l’ENS dans l’école
doctorale de l’unité, l’ED109, co-accréditée avec l’IPGP et Paris-Diderot. Enfin, P. Briole assure la direction du
Département Géosciences depuis 2010 et, pour rappel, l’un des professeurs de l’unité (Yves Guéguen) a occupé
les fonctions de directeur adjoint « sciences » de l’ENS jusqu’en 2006. La contribution des membres de l’unité
au fonctionnement du système de formation est donc considérable.
Les séminaires du laboratoire de Géologie sont un autre outil de formation, à usage interne et
externe. La liste des intervenants et de leurs présentations est donnée en Annexe 3 à ce document ; elle
reflète l’ouverture internationale du laboratoire. A côté de ces séminaires « institutionnels » hebdomadaires,
les séminaires de l’équipe Matériaux géologiques ont permis jusqu’en 2009 à un doctorant ou à un petit groupe
associant chercheur, doctorant et ITA de faire le point sur leur travail ou de présenter une technique nouvelle,
afin de faciliter l’acquisition d’une culture scientifique commune. Avec l’abandon des équipes ils ont été
remplacés avec plus ou moins de bonheur, et moins de régularité, par des réunions de thématique. En
parallèle, les doctorants ont pris l’initiative d’un séminaire interne régulier où chacun d’eux expose à son tour
son travail aux doctorants et post-docs.
Le laboratoire est un acteur majeur de formation par la recherche, avec un nombre élevé de
doctorants (28 pour 21 chercheurs ; liste des thèses soutenues en Annexe 4). Cette formation par la recherche
et l’étroite association entre les activités d’enseignement et de recherche dans l’unité ont des résultats
heureux : les distinctions internationales reçues par les doctorants de l’unité en sont une manifestation
concrète (voir ci-dessus « Distinctions »). Le fait que ces récipiendaires ne sont majoritairement pas des
normaliens peut démontrer deux choses : i) le succès de l’intégration des étudiants des universités dans la
formation « Sciences de la planète Terre » de l’ENS; ii) la qualité de la formation par la recherche dans le
laboratoire, puisque qu’une bonne part des étudiants n’a pas suivi le master ‘maison’.
Par ailleurs, comme l’atteste la section « Ouvrages et chapitres d’ouvrage » du document « Production
scientifique», les chercheurs de l’unité ne sont pas seulement actifs sur le front même de l’avancée des
connaissances, mais ont aussi le souci d’une diffusion plus large de ces connaissances par tous les médias (voir
fiches Buffetaut, Vigny, … dans le document Projet). Le laboratoire accueille ainsi chaque année environ deux
stagiaires lycéens ou collégiens.
Le devenir des doctorants
Le graphe qui suit présente la situation actuelle des 38 doctorants qui ont soutenu leur thèse depuis
janvier 2007. Sauf un, tous ont un emploi. C’est un constat rassurant sur l’efficacité de la formation par la
recherche que ces doctorants ont reçu, même si plus de la moitié d’entre eux n’occupe encore que des postes
temporaires et, évolution sensible par rapport au bilan précédent, très majoritairement à l’étranger. Les
permanents se répartissent à parts égales entre enseignement supérieur, organismes de recherche et
industrie.
Situation professionnelle des docteurs après soutenance
(38 depuis le 01/01/2007)
Recherche d'emploi
Industrie
Post-doc à l'étranger
CNRS et org. rech.
Enseignement
supérieur
Enseignement
Enseignement et formation par la recherche
ATER
Post-doc en France
43/75
FONCTIONNEMENT ET VIE DU LABORATOIRE
Action de formation permanente des personnels de l’unité
La quasi totalité du personnel ITA-IATOS a pu bénéficier de stages de formation durant ce
quinquennal, qu’il s’agisse de nouveaux outils de gestion, de préparation aux concours, de langues étrangères,
de sécurité incendie, de radioprotection, d’hygiène et sécurité (ACMO), de systèmes d’information
géographique (SIG), de diffraction X, de systèmes informatiques, de journées nationales professionnelles
(réseaux des électroniciens, des mécaniciens, des litholamelleurs, INIST), permettant ainsi aux secrétariats,
gestionnaires, bibliothèque et ateliers de travailler de manière optimale. L’adaptation aux nouveaux outils du
CNRS et de l’ENS est un défi permanent, relevé avec succès grâce à une forte implication des gestionnaires et
un travail étroit avec la délégation régionale.
Les chercheurs ne sont pas en reste : que ce soit pour le secourisme, la gestion (prise de fonction DU,
direction d’équipe, gestion des conflits) ou la recherche (logiciels spécialisés, formation « ondelettes »), les
offres de formation ont reçu un accueil positif dans l’unité, associant à l’occasion chercheur et ITA (journées
hautes pressions, ...).
Suivi des personnels
Pour les techniciens et ingénieurs travaillant en support de la recherche (mécanique, instrumentation,
préparation d’échantillon, gestion des données), un chercheur parmi les plus proches de leur activité fait
fonction de correspondant et suit le dossier professionnel de l’agent. L’épanouissement et la reconnaissance du
personnel dans le soutien à la recherche est ainsi un souci partagé dans l’unité.
Le succès à deux concours IE externes par des agents ENS de l’unité (informatique et mesures
physiques) suggère qu’ils ont trouvé au laboratoire un contexte enrichissant et formateur.
Gouvernance et fonctionnement
A mi-quadriennal (janvier 2012) Christophe Vigny a succédé à Hélène Lyon-Caen à la direction
adjointe de l’unité, un passage de témoin pouvant le préparer à une future direction…
Par ailleurs, il est apparu que le fonctionnement en thématiques plutôt qu’en équipes structurées
mettait en première ligne l’équipe de direction pour beaucoup de questions, jusqu’alors réglées au niveau des
équipes. C’est l’une des raisons qui nous poussent à revenir à un fonctionnement en équipes (voir Projet).
Hygiène et sécurité
Yves Pinquier, AI mécanicien, a succédé comme ACMO du laboratoire à Th. Decamps en 2010.
- Formations
Plusieurs personnes formées sur la manipulation des extincteurs et premiers secours.
Formation en radio-protection du technicien en charge de la diffraction X, à renouveler.
Nouveaux stages concernant la sécurité proposés tous les ans aux personnels.
- Rayonnements ionisants
Installation d’un générateur de rayons X à anode tournante à forte intensité en 2007.
Nomination de la personne compétente en radio-protection à l’issue d’une formation spécifique. Rédaction du
dossier d’autorisation d’utilisation de l’Agence de sûreté nucléaire.
Utilisation de l’appareil par la personne compétente en radio-protection.
Vérification régulière de l’absence de rayonnement autour de l’appareil (contrat Veritas).
Mise en place de dosimètres personnels et d’ambiance.
- Chimie, atelier
Mise en sécurité du poste de soudure à arc.
Mesure du flux d’air des 3 hottes aspirantes du laboratoire, remplacement de l’une en 2012. Le remplacement
de l’armoire ventilée de stockage de produits chimiques est à l’étude.
- Incidents et accidents (consignés dans le registre officiel tenu à cet effet)
Crise d’épilepsie en dehors des heures de bureau, utilisation très efficace du système d’alarme de travailleur
isolé (le laboratoire possède 3 systèmes d’alerte pour les travailleurs isolés). Chute depuis une chaise. Odeurs
occasionnelles dans le laboratoire, venant probablement d’autres étages par les conduits de hottes, entraînant
des maux de tête ; problème en bonne partie résolu depuis les travaux de mise en sécurité réalisés en 2009-10
dans le bâtiment.
Fonctionnement et vie du laboratoire
44/75
b. ANALYSE DES MOYENS DE L’UNITE
b1. LE BILAN HUMAIN
Le tableau suivant fournit quelques instantanés de l’effectif du laboratoire au cours des dernières
années. Les agents CNRS y représentent les deux tiers des permanents. Les variations de l’effectif total
recouvrent des réalités variées. Le périmètre n’est en fait pas le même pour 2012 car, depuis leur
remplacement (2010) après départ à la retraite, deux postes IATOS sont rattachés directement au Département
des Géosciences et n’apparaissent plus dans le bilan de l’UMR (secrétariat des enseignements et service
patrimoine du Département, jusqu’alors assurés par des personnels ENS du laboratoire qui, dans les bilans
précédents, apparaissaient pour 66% dans leur affectation à l’unité).
Comparaison des effectifs du laboratoire en 2006, 2008 et 2012
Effectif
en
EC
MdC, autre
EC
Prof.
CNRS
CR
CNRS
DR
ITA
IATOS
CDD
Doct.
Total
01/2006
4
+ 1agpr
3
8
5
+ 2 émérites
8
6
2
23
62
10/2008
1
+ 1agpr
2
8
8
+ 2 émérites
7
4
12*
28
73
3
2
5
9
+ 1 agpr
+ 2 émérites
EC = enseignant chercheur, agpr = agrégé préparateur.
* dont 8 post-docs et 2 ATER.
** dont 5 post-docs.
6
3
6**
27
64
06/2012
La période 2007-2012 est marquée dans le personnel IATOS par une vague de départs à la retraite ou
par succès aux concours externes (tableau page suivante). Ces départs ont pu être compensés par autant
d’arrivées (mouvements et recrutement de titulaires, création d’un poste d’ASI ‘techniques de
caractérisation’, CDD sur support budgétaire) grâce au soutien de la tutelle ENS. Pour les ITA CNRS, la période
est au contraire marquée par deux départs en Noemi, un sur chaque plate-forme, dont un seul a pu être
compensé (‘mesures physiques’ pour la plate-forme Observation de la Terre), et par la mutation de la
secrétaire administrative (AI) à l’OSU Ecce Terra à mi-temps début 2012 puis à plein temps au 1er juillet 2012 –
ce qui laisse l’unité dans une situation délicate. Une demande de secrétaire-gestionnaire mutualisée avec
l’UMR8539 (LMD) est faite auprès de l’INSU.
Tous les postes d’enseignants-chercheurs sont actuellement pourvus (voir p. 4), une situation
beaucoup plus stable qu’en 2007, où deux postes de MC sur trois étaient vacants, avec deux ATER. Le
recrutement en 2012 d’un nouveau professeur ENS avec le départ à la retraite de R. Madariaga était l’occasion
d’attirer une personnalité d’envergure tout en rajeunissant le corps professoral sur l’une des lignes de force de
l’unité. La venue d’Eric Calais aux côté de C. Vigny et P. Briole va faire de l’unité un centre majeur pour la
géodésie.
Le tableau entrées/sorties qui suit montre qu’en 6 ans l’unité a renouvelé 50% de ses chercheurs. Ce
renouvellement important est une caractéristique et une richesse de l’unité, liée à la promotion externe des
CR et MC, qui irrigue ainsi le paysage national. Le fonctionnement de ce système est lié à un recrutement
régulier de jeunes CR dans l’unité, qui pour la section 18 a bien été assuré (quasi un an sur deux) jusqu’en
2008. L’absence de recrutement ces quatre dernières années pour l’unité dans cette section, sur notre cœur
de métier, est ressentie douloureusement et fait ressentir douloureusement les derniers et prochain départs.
Tous nos efforts de recrutement n’ont été couronnés de succès que devant les sections 9 et 20, en 2009, plus
marginales et où il est donc a priori plus difficile de recruter régulièrement.
Analyse des moyens de l’unité : bilan humain
45/75
Départs ITA-IATOS et chercheurs-EC depuis janvier 2007
Agent
Année
Statut
Etat actuel du poste
Farcy François
2007 retraite
AI ENS, informaticien
remplacé
Caron Roland
2007 retraite
TC ENS, litholamelleur
remplacé
Dumont Lina
2009 retraite
TC ENS, secrétariat
remplacé (Départem.)
Decamps Thierry
2010 Noemi
IE CNRS, électronicien
non remplacé
Findling Nathaniel
2010 conc. ext. IE
AI ENS, mesures phys.
CDD sur ce poste
Morvan Sylvain
2011 Noemi
IE CNRS, instrumentat.
remplacé (AI)
Mulot Baptiste
2011 conc. ext IE
AI ENS, informaticien
remplacé
Larincq Françoise
07/2012 Mutation
AI CNRS, secrétariat dir.
non remplacé
Molez Laurent
2007 recrut. MdC IUT
Rennes
Agrégé préparateur ENS
remplacé
Horen Hélène
2008, fin de détacht.
MdC Univ. d’Amiens
Goffé Bruno
2008, mut. CEREGE
DR CNRS
Vergne Jérôme
2007, mut. IPG
Strasbourg
MdC ENS
Lasserre Cécile
2008, mut. LGIT
CR CNRS
Cattin Rodolphe
2008, promo. prof.
Univ. Montpellier
MdC ENS
ATER, puis remplacé
remplacé
Fortin Jérôme
2009 recrut. CNRS
Beyssac Olivier
2009 mutation IPGP
CR CNRS
Brunet Fabrice
2010 mut. ISTerre
DR CNRS
Hubert-F. Aurélia
2010 disponibilité
CR CNRS
Carlut Julie
2011 mutation IPGP
CR CNRS
Goudard Laure
2011 prof. CPGE
ATER, puis remplacé
disponibilité
remplacé
Doin Marie-Pierre
2012 mut. ISTerre
CR CNRS
Pubellier Manuel
2012 disponibilité
DR CNRS
disponibilité
Madariaga Raul
2012 éméritat
Professeur ENS
remplacé
Arrivées ITA-IATOS et chercheurs-EC depuis janvier 2007
Mulot Baptiste
2007
Recrut. AI ENS, informaticien
Oubellouch Khaled
2010
Recrut. AJT ENS, litholamelleur
Rioux Cyrille
2011
NOEMI AI CNRS, instrum. sci.
Bacha Nasser
2011
Mutation AI ENS, informaticien
Buffetaut Eric
2007
Rattachement DR-CNRS
Briole Pierre
2007
Mutation DR-CNRS
Hubert-Ferrari Aurélia
2008
Recrut. CR1-CNRS (section 18)
Barré Pierre
2009
Meunier Patrick
2009
Maître de conférences ENS
Fortin Jérôme
2009
Goudard Laure
2009
Delescluse Matthias
2010
Maître de conférences ENS
Latour Soumaya
Calais Eric
2011
2012-2013
Professeur ENS
46/75
Structure d’âge des personnels
En 2008 les structures d’âge des personnels chercheurs et enseignants-chercheurs étaient heureusement
antinomiques, le maximum d’âge moyen pour les premiers se situant vers 45-50 ans, entre les deux maxima
pour les seconds (maxima qui reflètent la rotation des MC et agrégés préparateurs et la « seniorisation » du
corps professoral). Depuis, une série de départs de ‘quadra’ CR et deux recrutements de CR ont donné un
caractère également bimodal à la courbe des âges CNRS. La rapide évolution du personnel chercheur et
enseignant-chercheur est une caractéristique de ce laboratoire, liée à l’absence de promotion sur place des MC
et à la difficulté de celle des CR. Nous verrons que c’est une force qui peut aussi être une faiblesse. Le
creusement de la courbe pour les quadras, normalement les plus à même d’assumer de nouvelles
responsabilités dans l’unité, posera à terme un problème en l’absence de renforcement aussi dans cette
tranche d’âge.
Laboratoire de Géologie, UMR 8538, distribution des âges au 30/06/2012
chercheurs et enseignants-chercheurs
4
3
2
EC ENS moyenne: 44.5 ans
, ,,,,,
CNRS, moyenne: 48 ans hors EM
1
0
25-29
30-34
35-39
40-44
45-49
50-54
55-59
60-64
65-69
70-74
ages
ITA-IATOS
4
3
IATOS, moyenne: 42.8 ans
ITA, moyenne: 50 ans
2
1
0
25-29 30-34 35-39 40-44 45-49 50-54 55-59
ages
47/75
Pour comparaison, distribution des âges au 01/10/2008 dans l’UMR 8538
Chercheurs et Enseignants-chercheurs
4
3
2
EC ENS, moyenne=47,5
CNRS, moyenne=45 hors EM
1
0
30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-65 65-70
age
ITA-IATOS
3
2
IATOS, moyenne=49
ITA, moyenne=44
1
0
25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-65
age
Cette antinomie dans la pyramide des âges se retrouve chez le personnel ITA-IATOS, bien qu’elle ait
une origine différente : une vague massive de départs d’IATOS à la retraite, soit imminents soit déjà
remplacés, alors que les recrutements d’ITA ont été plus étagés.
La particularité la plus évidente du tableau comparant les effectifs de 2006, 2008 et 2012 est
l’explosion du nombre de CDD, essentiellement des post-docs. Depuis le 1er octobre 2010, 14 post-docs ont
quitté le laboratoire et 11 ont été recrutés. Traduction douce-amère et immédiate des changements du mode
de financement de la recherche.
Le nombre de doctorants reste ces toutes dernières années à un haut historique. Il bénéficie lui aussi
de l’augmentation du nombre de sources de bourses de thèse, en particulier dans les programmes
internationaux ou de collaboration industrielle (CIFRE-ANRT), sans parler des contrats industriels, alors que le
nombre de contrats doctoraux ‘ministériels’ est resté stable à 2. L’année 2012 a vu une menace très lourde
peser sur le financement par le ministère de ces deux contrats de l’ENS au titre de l’ED109 (voir Projet).
48/75
b2. LES FINANCES
L’origine des principales ressources de l’unité est rappelée sur le formulaire Excel et, dans le tableau
qui suit, avec les années 2004, 2006 et 2007 pour comparaison.
Recettes budgétaires
Année
2004
2006
2007
2010
2011
Fonctionnement ENS
71 400
68 000
68 000
100 000
100 000
Equipement ENS
BQR ENS
35 700
40 000
42 500
11 000
42 500
19 000
25 000
23 000
25 000
47 000
147 100
121 000
129 500
148 000
172 000
138 000
21 000
95 000
105 000
22 500
165 550
99 500
46 020
196 044
63 000
37 530
77 170
48 000
30 000
68 500
254 000
293 050
341 564
177 700
146 500
631 800
369042
310 155
357 720
Total ENS
Dotation de base CNRS
DRI CNRS
Programmes CNRS et INSU
Total CNRS
ANR
Ressources propres
492 939
373 000
342 200
1 249 835
960 448
Total des recettes (€)
894 039
1 418 800
1 182 306
1 885 690
1 636 668
Les ressources du laboratoire sont importantes et proviennent donc maintenant pour environ 17 % des
budgets et programmes du CNRS (8 à 9 %) et de l’ENS (9 à 8 %), pour environ 20 % de l’ANR et pour 63 % de
ressources propres.
Si la dotation de base par l’ENS a augmenté sur le nouveau quadriennal et y reste stable, la baisse de
celle provenant du CNRS (INSU) est une tendance lourde. Le succès du laboratoire auprès des programmes de
l’INSU et du CNRS (Nanocap, PNTS, …) puis la création fin 2006 du Laboratoire international associé (LIA)
« Montessus de Ballore », dont l’unité est membre fondateur, contrebalancent cette tendance. Celle-ci est
surtout heureusement compensée par un remarquable succès des chercheurs auprès de l’ANR (18 projets,
tableau ci-dessous) et par le maintien d’une forte participation de l’unité à des programmes nationaux (avec
d’autres organismes tels Andra, IFP ou CEA), européens et internationaux. Mais c’est surtout l’importance
prise par les contrats industriels qui est manifeste, en particulier dans le secteur pétrolier avec les deux GRI
Total lancés en 2009. Néanmoins, il faut les relativiser, sachant qu’ils financent aussi des travaux et des
chercheurs installés ailleurs qu’au laboratoire, non comptabilisés dans les personnels de l’unité.
La politique conduite sur les dotations de base et les ressources propres CNRS est une mutualisation
visant
-
à lisser l’effet individuel de l’annualisation des dépenses,
à contribuer à l’équipement des plates-formes instrumentales du laboratoire,
à assurer aux doctorants la participation à un congrès international,
à soutenir en priorité les projets des chercheurs nouveaux venus, afin de leur permettre de les
démarrer dans les meilleures conditions,
à favoriser des projets émergents, au stade de l’idée et qui seraient difficilement finançables par
ailleurs.
Analyse des moyens de l’unité : les finances / l’équipement
49/75
Liste des projets ANR où l’UMR8538 est participant (P) ou coordinateur (C).
Programme ANR
Intitulé
Coordinateur/
Participant
Année début
Catastrophes telluriques
Taiwan
O. Beyssac
P
2007
Jeune chercheur
Longmenshan
R. Cattin
C
2007
Jeune chercheur
Geocarbons
O. Beyssac
C
2007
Subchile2
C. Vigny
C
2007
CatTel@CRL
H. Lyon-Caen
P
2007
Opossum
C. Vigny
C
2007
Masse de données
Efidir
M.-P. Doin
P
2008
RiskNat
Maremoti
N. Chamot-Rooke
P
2009
RiskNat
Debate
R. Madariaga
P
2009
Blanc – SIMI6
GIIWS
J. Fortin
P
2010
Blanc – SIMI6
O:NLAP
N. Chamot-Rooke
P
2010
Blanc – SIMI6
SISCOR
P. Briole
C
2011
Jeune chercheur
Longriba
J. de Sigoyer
C
2011
Flash Japon
DynTohoku
R. Madariaga
C
2011
Blanc – SIMI 5-6
S4
R. Madariaga
P
2012
Blanc – SIMI 5-6
MEGA-Chile
C. Vigny
C
2012
Jeune chercheur
DELF
A. Schubnel
C
2013
Retour
AGIR
S. Hok
C
2012
Liste des projets européens où l’UMR8538 est participant (P) ou coordinateur (C).
Programme
Intitulé
Coordinateur/
Participant
Année début
EC-FP7
CARBOWASTE
J.-N. Rouzaud
P
2008
EC-FP7
SAFER
P. Briole
P
2008
EC-HCM
GEO2TECDI
C. Vigny
P
2009
EC-ITN
QUEST
R. Madariaga
P
2009
EC-HCM
GEO2TECDI-SONG
C. Vigny
P
2011
EC-FP7-ENV
REAKT
H. Lyon-Caen
P
2011
L’onglet « Partenariats » du document Excel donne le détail des 6 programmes européens où l’unité est
impliquée, de ses 12 projets bilatéraux soutenus par la DRI du CNRS ou le Ministère des affaires étrangères,
ainsi que de ses principaux contrats industriels (Total, Shell, Areva, Andra).
On en retiendra donc une très forte implication de l’unité dans les programmes nationaux et
internationaux, ainsi qu’une ouverture importante au monde industriel.
b3. LES MOYENS DU DEVELOPPEMENT DES ATELIERS ET PLATES-FORMES
L’importance des ressources hors soutiens de base est une condition nécessaire à la maintenance et au
développement des ateliers et des plates-formes instrumentale (GPS, sismomètres), expérimentale (pression,
température, déformation) et analytique (chimie, diffraction X, microscopie électronique, spectrométrie
Raman) (cf. p.41). Il est clair qu’au-delà des BQR ou du défunt programme d’équipements mi-lourds,
l’ouverture au monde industriel a été la clef du développement d’un équipement expérimental de classe
mondiale pour le suivi acoustique de la déformation sous pression et température, entre autres.
Analyse des moyens de l’unité : les finances / l’équipement
50/75
EN SOMME ; AUTOEVALUATION
Les défis relevés ou affrontés
Recrutement
Rattaché historiquement à l'INSU et la section 18, le laboratoire est maintenant rattaché
secondairement à l'INSIS, section 9, depuis 2008, concrétisant un fort développement de la mécanique des
roches après le recrutement d'A. Schubnel (CR2, section 18 en 2006), puis de J. Fortin en 2009 (CR2, section 9).
Le laboratoire est également visible par l'INEE grâce aux implications environnementales de ses compétences
expérimentales (conception durable, stockages) et surtout son ouverture sur les interactions entre monde
minéral et monde vivant. Le recrutement en 2009 de P. Barré (CR2, section 20) en est une étape décisive et le
succès de son implantation à l'ENS, à l'interface de l'écologie (BIOEMCO) et des sciences de la terre (notre
unité), est l'un des objectifs des années à venir, parfaitement adapté au cadre de PSL.
La présence d'un DR relevant de la section 5 (Jean-Noël Rouzaud), ainsi que le recrutement en 2009
d’un maître de conférences ENS (Patrick Meunier) sur une thématique transverse et expérimentale (stabilité
des versants et sismicité) montrent la pluridisciplinarité assumée de l'unité. Une autre marque du
« déplacement vers la surface » des intérêts de l’unité est son investissement dans les problèmes de rebond
élastique (ou non) et de variations du niveau marin, par les mesures satellitaires et la modélisation. Le succès
de l’invitation par Luce Fleitout de Kurt Lambeck sur une chaire Blaise Pascal en 2011 en est la meilleure
illustration.
La déformation de la lithosphère à toutes les échelles de temps et d’espace reste le coeur de métier
et un leit-motiv de l’unité, elle a justifié le recrutement CR1 en 2008 (A. Hubert-Ferrari). C’est ainsi aussi que
le laboratoire est un acteur majeur pour la géodésie et la sismologie sur deux sites instrumentés labélisés par
l'INSU : le golfe de Corinthe (Corinth Rift Laboratory) et le Chili, où son implantation a été concrétisée par la
création du LIA Montessus de Ballore, fin 2006. Le renouvellement du LIA et son élargissement à un laboratoire
européen associant le GFZ-Potsdam sont en cours. De même, l’unité assume grâce à ses compétences en
géodynamique (N. Chamot-Rooke, CR ; M. Pubellier, DR, et le recrutement de M. Delescluse, MC ENS en 2010)
son rôle de pôle de collaboration pour la géologie des marges continentales et bassins océaniques, avec en
particulier le lancement en 2009 et la gestion des deux Groupes Recherche-Industrie « Mer de Chine » et
« Méditerranée orientale» avec Total.
En bref, ce survol permet d’identifier deux lignes de force pour l’unité :
- les couplages entre déformation, fluides, structures et réactivité, avec une forte composante
expérimentale et qui fait le lien du mécanisme de la rupture à la sismologie expérimentale, aux relations
déformation / transformations minérales et jusqu’aux relations microstructures / réactivité (carbones, argiles
des sols), avec de claires applications en termes de stockages ; c’est cette composante qui est impliquée dans
le Labex Matisse ;
- forme et déformations de la Terre, avec une forte composante instrumentale (chantiers labélisés,
campagnes sismologiques à terre ou à la mer), géodésie spatiale en particulier (GPS, INSAR), avec des
implications allant de la ressource pétrolière aux subsidences d’origine anthropique, du cycle sismique à l’aléa
géologique.
Le recrutement en cours d’un professeur (Eric Calais) renforce cette seconde composante, en
particulier par l’outil géodésie. Mais il reste à assurer un flux entrant pour assumer le rôle de pépinière de
jeunes chercheurs que le laboratoire revendique dans l’esprit de PSL.
Financement
Le bilan qui précède montre aussi que le laboratoire a su fort bien tirer parti de l’évolution récente
des modes de financement de la recherche, ses jeunes chercheurs en particulier connaissant un très fort succès
auprès de l’ANR. Les succès du laboratoire auprès des autres programmes, nationaux ou européens, témoignent
à la fois de l’implantation et de la forte reconnaissance de ses chercheurs dans le paysage national et
international. Cette reconnaissance par les acteurs industriels est aussi une clef des financements de l’activité
expérimentale.
Cadre institutionnel
Le défi institutionnel : ce quadriennal a permis à l’unité de s’engager dans une série d’actions
structurantes fortes, en se liant d’une part avec le DASE-CEA sur des thématiques d’intérêt commun dans le
LRC Yves Rocard, d’autre part avec chacun de ses grands voisins IPGP (ED109) et UPMC (OSU Ecce Terra), ayant
en même temps sa place et son rôle comme vitrine des sciences de la Terre dans PSL.
C’est maintenant là, dans PSL, que se joue le défi thématique (voir Projet), avec un fort lien avec les
questions environnementales : beaucoup des thématiques exposées dans ce bilan touchent directement aux
relations de l’homme avec sa planète, actives ou passives. L’aléa et le risque liés aux grands séismes ; les
déformations lentes de la croûte, naturelles (rebond post-glaciaire) ou anthropiques (subsidence urbaine,
En somme : autoévaluation
51/75
charge des barrages) ; le comportement mécanique du toit des réservoirs d’hydrocarbures, des verres
nucléaires; le cycle du carbone via le comportement de la matière organique dans les sols, le métamorphisme,
l’érosion et la sédimentation ; carbones encore avec les suies et les aérosols, ou les graphites nucléaires ; voici
autant d’études où, directement ou indirectement, notre regard de géologue, notre perception des temps
longs et notre connaissance du matériau terrestre sont sollicités sur les questions du siècle : risques, énergies,
ressources, en vue d’une gestion durable de notre planète.
Les points forts de l’unité
- Une forte identité ; un lieu d’épanouissement des jeunes chercheurs ou enseignants, qui y jouissent d’une
totale liberté quel que soit le poids scientifique des seniors. La curiosité scientifique y prime.
- Plates-formes expérimentale et analytique bien équipées, attrayantes nationalement et internationalement,
avec un soutien technique des ateliers permettant une excellente réactivité. L’association des techniciens et
ingénieurs à la démarche expérimentale y est aussi, nous l’espèrons, source d’épanouissement.
- Large spectre thématique pour une taille moyenne, pluridisciplinarité propice aux avancées aux interfaces.
- Forte proportion de personnel CNRS (de 2/3 à 3/4 du personnel).
- Belle productivité scientifique assortie d’une forte reconnaissance internationale et d’abondantes
collaborations.
- Forte présence dans les programmes nationaux, européens et internationaux (dont LIA).
- Lieu par excellence de formation par la recherche : fort ratio doctorants/chercheurs (28/21), accueil en
délégation d’enseignants-chercheurs français, invités étrangers, très forte implication des chercheurs CNRS
dans les formations d’enseignement LMD.
- Ouverture au monde industriel sur les problèmes des ressources énergétiques et des stockages profonds, à la
société civile sur toutes les questions d’aléa géologique.
Les points d’attention
- Le départ par promotion des MC et CR est la situation normale et une source de renouvellement qui est une
force de l’unité. Néanmoins, le laboratoire est extrêmement dépendant du recrutement de jeunes chercheurs
CNRS pour le maintien de son potentiel humain, recrutement ô combien aléatoire – et difficile vers une région
parisienne qui perd son attrait.
- La variété thématique est une force mais, du fait que chaque savoir-faire repose sur un petit nombre de
personnes, elle rend le laboratoire extrêmement sensible aux départs. Sa coordination thématique est un
équilibre en permanente évolution. Le départ de quelques individualités sur lesquelles reposent, par exemple,
les thématiques transverses ou la plate-forme expérimentale serait une catastrophe. Il est donc essentiel que
quelques promotions CNRS puissent aussi se faire sur place.
- Lieu de formation par la recherche, le laboratoire a une activité fortement dépendante du flux d’étudiants
dans la formation L3-MD qu’il héberge. Maintenir l’attrait de cette formation et les capacités de recrutement
d’étudiant, au niveau L3 en particulier, est un défi récurrent. Le rajeunissement du corps professoral ne peut
qu’y aider.
- La maintenance et l’amélioration des plates-formes instrumentales coûtent cher ; elles ne sont possibles que
grâce à un soutien appuyé des tutelles et/ou à l’abondance des ressources propres... qu’il faut assurer dans la
durée. Mais, plus encore, c’est la pérennité d’un soutien et d’une expertise technique auprès de ces platesformes qui est essentielle.
- La taille moyenne est un attrait indéniable (‘small is beautiful’) ; elle permet la réactivité indispensable à
une recherche de pointe, mais elle limite les possibilités de représentation dans les instances (CS, ANR, UE...),
de lobbying ou de communication efficace, dont dispose une grosse structure. L’implication de ses membres, la
qualité de la recherche et le réseau de collaborations du laboratoire lui suffiront-ils toujours à s’en passer ?
- Un renforcement des effectifs par l’accueil de nouveaux chercheurs ou enseignants, voire d’une nouvelle
équipe, est donc éminemment souhaitable. Il pose la question des locaux. Les travaux imminents de rénovation
des bâtiments (« CPER Lhomond »), avant d’être la perspective d’un monde meilleur, sont d’abord une vraie
source d’inquiétude quant à la continuité du fonctionnement du laboratoire, en particulier de sa plate-forme
expérimentale et analytique.
En somme : autoévaluation
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II. ORGANIGRAMME FONCTIONNEL ET REGLEMENT INTERIEUR
Une des actions collectives de ce quinquennal aura été l’écriture et l’adoption d’un règlement
intérieur, préparé par une commission mixte ITA-IATOS-chercheurs et voté en conseil de laboratoire le 6 mai
2008 après validation par les deux tutelles. Ce règlement intègre les consignes de prévention des divers
risques, une charte informatique, une charte des thèses, et doit être remis à tout nouvel arrivant au
laboratoire (Annexe 5).
Organigramme au 30 juin 2012
Organigramme et règlement intérieur
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III. Liste des publications et des productions
(articles, ouvrages, brevets, cartes,
directions)
La liste qui suit ne comporte pas les publications d’Eric Calais, nouveau professeur ENS qui prendra ses
fonctions au laboratoire en janvier 2013, ni celles de Patrick Meunier avant son arrivée au laboratoire.
ACL
(Articles dans des revues internationales ou nationales avec comité de lecture répertoriées par l’AERES
ou dans les bases de données internationales (ISI Web of Knowledge, Pub Med…).
Les articles numérotés en rouge sont aussi ceux du LRC « Yves Rocard » avec le DASE-CEA, donc après 2009.
1. Adelinet, M., J. Fortin, N. D’Ozouville, and S. Violette (2007), The relationship between hydrodynamic
properties and weathering of soils derived from volcanic rocks - Galapagos Islands (Equator), Environ.
Geol., v., doi : 10.1007/s00254-007-1138-3.
2. Amiot, R., C. Lécuyer, G. Escarguel, J. P. Billon-Bruyat, E. Buffetaut, C. Langlois, S. Martin, F. Martineau,
and J. M. Mazin (2007), Oxygene isotope fractionation between crocodilian phosphate and water,
Palaeogeogr. Palaeocl., v. 243, pp. 412-420.
3. Arcay, D., M. P. Doin, E. Tric, and R. Bousquet (2007), Influence of the precollisional stage on subduction
dynamics and the buried crust thermal state : Insights from numerical simulations, Tectonophys., v. 441(14), pp. 27-45.
4. Arcay, D., E. Tric, and M. P. Doin (2007), Slab surface temperature in subduction zones: Influence of the
interplate decoupling depth and upper plate thinning processes, Earth Planet. Sci. Lett., v. 255(3-4), pp.
324-338, doi : 10.1016/j.epsl.2006.12.027.
5. Barlet-Gouedard, V., G. Rimmele, B. Goffe, and O. Porcherie (2007), Well technologies for CO2 geological
storage : CO2-resistant cement, Oil Gas Sci. Technol., v. 62(3), pp. 325-334.
6. Barre, P., B. Velde, and L. Abbadie (2007), Dynamic role of "illite-like" clay minerals in temperate soils:
facts and hypotheses, Biogeochemistry, v. 82(1), pp. 77-88.
7. Barre, P., B. Velde, N. Catel, and L. Abbadie (2007), Soil-plant potassium transfer : impact of plant
activity on clay minerals as seen from X-ray diffraction, Plant Soil, v. 292(1-2), pp. 137-146.
8. Bernard, S., J. P. Avouac, S. Dominguez, and M. Simoes (2007), Kinematics of fault-related folding
derived from a sandbox experiment, J. Geophys. Res., v. 112(B3).
9. Bernard, S., K. Benzerara, O. Beyssac, N. Menguy, F. Guyot, G. E. Brown Jr, and B. Goffe (2007),
Exceptional preservation of fossil plant spores in high-pressure metamorphic rocks, Earth Planet. Sci.
Lett., v. 262, pp. 257-272.
10. Beyssac, O., M. Simoes, J. P. Avouac, K. A. Farley, Y. G. Chen, Y. C. Chan, and B. Goffe (2007), Late
Cenozoic metamorphic evolution and exhumation of Taiwan., Tectonics, v. 26, doi :
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11. Brunet, F., A. M. Flank, J. P. Itie, T. Irifune, and P. Lagarde (2007), Experimental evidence of sixfold
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12. Buffetaut, E. (2007), The spinosaurid dinosaur Baryonyx (Saurischia, theropoda) in the early cretaceous
of Portugal, Geol. Mag., v. 144(6), pp. 1021-1025.
13. Buffetaut, E., J. Li, H. Tong, and H. Zhang (2007), A two-headed reptile from the Cretaceous of China.,
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14. Buffetaut, E., and V. Suteethorn (2007), A sinraptorid theropod (Dinosauria : Saurischia) from the Phu
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15. Carlut, J., H. Horen, and D. Janots (2007), Impact of micro-organisms activity on the natural remanent
magnetization of the young oceanic crust, Earth Planet. Sci. Lett., v. 253(3-4), pp. 497-506.
16. Cavalie, O., M. P. Doin, C. Lasserre, and P. Briole (2007), Ground motion measurement in the Lake
Mead area, Nevada, by differential synthetic aperture radar interferometry time series analysis : Probing
the lithosphere rheological structure, J. Geophys. Res., v. 112(B3).
17. Cavin, L., V. Suteethorn, E. Buffetaut, J. Claude, G. Cuny, J. Le Loeuff, and H. Tong (2007), The first
sinamiid fish (Holostei, Halecomorpha) from Southeast Asia (Early Cretaceous of Thailand), J. Vertebr.
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18. Cavin, L., V. Suteethorn, E. Buffetaut, and H. Tong (2007), A new Thai Mesozoic lungfish (Sarcopterygii,
Dipnoi) with an insight into post-Palaeozoic dipnoan evolution., Zool. J. Linn. Soc.-Lond., v. 149, pp. 141177.
19. Chamot-Rooke, N., and A. Rabaute (2007), Plate tectonics from space, Episodes, v. 30(2), pp. 119-124.
Liste de publications
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Houel, O. Gustafsson, M. Elmquist, G. Cornelissen, J. O. Skjemstad, C. A. Masiello, J. Song, P. Peng, S.
Mitra, J. C. Dunn, P. G. Hatcher, W. C. Hockaday, D. M. Smith, C. Hartkopf-Froeder, A. Boehmer, B. Luer,
B. J. Huebert, W. Amelung, S. Brodowski, L. Huang, W. Zhang, P. M. Gschwend, D. X. Flores-Cervantes, C.
Largeau, J. N. Rouzaud, C. Rumpel, G. Guggenberger, K. Kaiser, A. Rodionov, F. J. Gonzalez-Vila, J. A.
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Publications acceptées et sous-presse
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OS Ouvrages (en bleu) et chapitres d’ouvrage
1. Brunet, F., D. Andrault, and G. Chazot (2007), La Terre interne : roches et matériaux en conditions
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3. Ryerson, F. J., P. Tapponnier, R. C. Finkel, A.-S. Mériaux, J. Van der Woerd, C. Lasserre, M.-L. Chevalier,
X. W. Xu, and Li Haibing (2007), Applications of morphochronology to the active tectonics of Tibet, in
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Khol Kruat formation of Thailand, and hybodont diversity during the Early Cretaceous, in Fishes and the
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roches", Springer.
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Springer Verlag, Berlin.
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Oxygen isotope composition of continetal vertebrate apatites from Mesozoic formations of Thailand;
environmental and ecological significance, in Late Palaeozoic and Mesozoic continental ecosystems in SE
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ecosystems of SE Asia : an introduction, in Late Palaeozoic and Mesozoic continetal ecosystems of SE
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13. Gueguen, Y., and J. Sarout (2009), Poroelasticity and Effective Elasticity in Porous and Cracked Rocks,
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14. Le Loeuff, J., T. Saenyamoon, C. Souillat, V. Suteethorn, and E. Bufftaut (2009), Mesozoic vertebrate
footprints of Thailand and Laos, in Late Palaeozoic and Mesozoic continental ecosystems in SE Asia, edited
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15. Tong, H., J. Claude, W. Naksri, V. Suteethorn, E. Buffetaut, S. Khansubha, K. Wongko, and P.
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Kradung formation (latest Jurassic-earliest Cretaceous) of the Khorat plateau, NE Thailand, in Late
Palaeozoic and Mesozoic continental ecosystems in SE Asia, edited by E. Buffetaut, G. Cuny, J. Le Loeuff
and V. Suteethorn, Special publications, v.315, pp. 153-173, Geological society, London.
16. Tong, H., J. Claude, V. Suteethorn, W. Naksri, and E. Buffetaut (2009), Turtle assemblages of the Khorat
Group (Late Jurassic-Early Cretaceous) of NE Thailand and their palaeobiogeographical significance,
in Late Palaeozoic and Mesozoic continental ecosystems in SE Asia, edited by E. Buffetaut, G. Cuny, J. Le
Loeuff and V. Suteethorn, Special publications, v.315, pp. 141-152, Geological society, London.
17. Buffetaut, E. (2010), Spinosaurs before Stromer: early finds of spinosaurid dinosaurs and their
interpretations, in Dinosaurs and other extinct saurians: a historical perspective, edited by R. T. J.
Moody, E. Buffetaut and D. Naish, Special Publications, v.343, pp. 175-188, Geological Society, London.
18. Velde, B., and P. Barré (2010), Soil, Plants and Clay Minerals: Mineral and Biologic Interactions,
Springer, Berlin.
19. Aubourg, C., J. P. Pozzi, and M. Kars (2012), Burial, claystones remagnetization and some consequences
for magnetostratigraphy, in Remagnetization and chemical alteration of sedimentary rocks, edited, v.371,
Geological society, London.
AP (Cartes)
1. Loubrieu B., J. Mascle & MediMap Group (N. Chamot-Rooke), 2007. Morpho-Bathymetry of the
Mediterranean Sea, CIESM & Ifremer Special Publications, 1:3.000.000 scale.
2. Pubellier, M., Chan, L.S., et al., 2007, Morpho-tectonic Map of Cenozoic structures of the South China /
Northern Vietnam coastal region. Map with explanatory notes and CDRom, Output-express Print Off.
Hong
72/75
Kong, ISBN 978-988-98896-4-7, 16 p.
3. Pubellier M. & al. (N. Chamot-Rooke, F. Ego, J.C. Guezou, E. Konstantinovskaya, A. Rabaute, J.C.
Ringenbach), 2008. Structural Map of Eastern Eurasia, Commission for the Geological Map of the World,
1:12.500.000 scale.
4. Bouysse P. …, M. Pubellier et al., Geological Map of the World, 3eme édition (2009 et 2010),
Echelles: 1/50.000.000 (118 x 54 cm), 1/25 000 000 (242 x 108.5 cm), published by CGMW and UNESCO,
http://ccgm.free.fr/index_fr.html
5. Ren Jishun, …, M. Pubellier et al., 2012, International Geological Map of Asia, scale:1/50.000.000 (118 x
54 cm),
1/25.000.000 (242 x 108,5 cm), published by CGMW and UNESCO, http://ccgm.free.fr/index_fr.html.
BRE (brevets)
1. C. AUBOURG et J.-P. POZZI (2007) : « Méthode de détermination de la température maximale subie par
une roche sédimentaire, spécialement dans l'intervalle de la formation d'hydrocarbures ».
Brevet déposé à INPI par les inventeurs (07-06262).
Etendu à l’Europe sous le numéro : PCT/FR2009/0011391-04.12.2005
Publié en 2010 et étendu aux pays suivants : USA, Canada, Chine, U.K., Norvège et Brésil.
2. L. VANDENBULCKE, T. GRIES et J.-N. ROUZAUD (2008) : « Procédé de fabrication de grains de
nanodiamants par nucléation homogène dans un plasma ».
Demande de brevet d'invention français N° 08 54653 déposée par le CNRS le 8 juillet 2008.
Brevet étendu en juillet 2009.
DO (direction d’ouvrages ou de revues)
Direction de la revue « European Journal of Mineralogy » par C. Chopin, depuis 2001.
73/75
Vague D : Campagne d’évaluation 2012 - 2013
1.2. Fiche-résumé de l’unité de recherche
Laboratoire de Géologie de l’Ecole normale supérieure, UMR8538
______________________________________________________________________________________
Intitulé de l’unité :
Laboratoire de Géologie de l’ENS
Nom du Directeur de l’unité :
Christian Chopin
Nom du responsable de l’équipe :
______________________________________________________________________________________
Effectifs de l’entité (au début du contrat en cours, 01/01/2010);
5 enseignants-chercheurs ; 18 chercheurs ; 11 techniciens et ingénieurs ; 32 post docs et doctorants.
Personnels ayant quitté l’entité pendant le contrat en cours (et nombre de mois cumulés passés
dans l’entité au cours de cette période)
9 statutaires (147 mois) ; 20 doctorants (327 mois) ; 14 post-docs (163 mois).
Nombre de recrutements réalisés au cours de la période considérée et origine des personnels
1 maître de conférence (2010 ; ENS ; post-doc) ;
1 AJT litholamelleur (2010 ; ENS ; industrie)
1 CDD AI techniques de caractérisation de la matière (2010 ; support budgétaire ENS ; L3)
1 AI instrumentation scientifique (2011 ; Noemi CNRS) ;
1 AI informatique (2011 ; ENS ; mutation interne)
1 agrégé préparateur (2011 ; ENS ; post-doc) ;
1 professeur (2012-13 ; ENS ; prof. Purdue Univ., USA)
11 post-docs et 16 doctorants
______________________________________________________________________________________
Production scientifique au cours de la période écoulée (1er janvier 2007 – 30 juin 2012) :
1. Séismes géants, rupture et post-sismique : Les données GPS à haute fréquence acquises durant le séisme
du Chili de 2010 (magnitude 8.8) permettent de suivre le passage de la rupture sismique en continu. Elles
montrent comment la rupture se développe au cours du temps et permettent d’identifier l’instant critique
durant lequel elle « hésite » avant de repartir, amplifiant ainsi la magnitude du séisme. Les séismes géants
(Sumatra 2004, Chili 2010, Japon 2011) déclenchent des déformations post-sismiques intenses à très grande
échelle. Nos modélisations mécaniques démontrent que les cycles sismiques perturbent les taux de
déformation de telle manière que les vitesses mesurées au cours des dernières décennies sur des plaques
supposées rigides ne sont pas nécessairement les témoins de la tectonique long-terme de la Terre.
2. Mécanique des failles et séismes au laboratoire : La diminution de la résistance au frottement des roches
au cours du glissement sismique contrôle la dynamique des tremblements de terre (taille, vitesse et mode de
rupture). Nous avons pu démontrer expérimentalement et théoriquement que l’échauffement frictionnel
pouvait induire des réactions de déstabilisation minérales, telles que déshydratation. Cela limite l’élévation
de température sur le plan de faille, et donc la signature thermique des séismes. La mise au point
d’appareils d’enregistrement acoustiques/accélérométriques continus à haute fréquence nous permet
d’étudier en laboratoire le rayonnement sismique pendant la propagation dynamique d’une fracture.
Grâce à cette méthode, couplée à des techniques d’imagerie photo-élastique haute fréquence, nous pouvons
localiser en temps réel le front de rupture et les fronts d’ondes associés, sur des échantillons de résine, aussi
bien pour des séismes subsoniques que, pour la première fois, supersoniques.
3. Mesures in-situ : Géophysique marine : La frontière Inde–Arabie est l’une des grandes structures
tectoniques de l’océan Indien nord-ouest. Nous avons obtenu lors d’une campagne océanographique les
premières preuves in situ d’un mouvement décrochant actif, puis cartographié en 2009 la totalité de la
frontière de plaque, et découvert des glissements sous-marins profonds dont nous étudions l’impact
Fiche résumé
74/75
tsunamigénique, ainsi qu’un nouveau type de bassin – d’origine tectonique – à l’exutoire du cône de l’Indus.
Nous conduisons en 2012 une nouvelle campagne sismique afin d’établir la structure profonde de cette zone.
4. Expertise sur les carbones et applications : l’étude post-mortem au MET haute-résolution de la dégradation
structurale du graphite nucléaire irradié, en comparaison avec des expériences d'implantation d'ions sur du
graphite de référence, nous a permis de réaliser une première : visualiser directement la destruction de la
structure du graphite et la formation d'un carbone désordonné nanoporeux. Nous proposons donc une
carboxy-gazéification des déchets de graphite irradié afin de permettre de consommer préférentiellement
les seules parties nanoporeuses contaminées. Ce procédé original devrait permettre une décontamination
des déchets, évitant leur stockage.
5. Interface Sciences de la Terre / Sciences de la Vie : Nous avons montré que par leurs interactions avec les
molécules organiques les divers minéraux argileux du sol contribuent différemment à la formation
d’agrégats. Les phases smectitiques sont concentrées dans les agrégats stables, suggérant leur rôle
prépondérant pour la formation de la structure du sol et sa capacité à séquestrer du carbone. A l’inverse,
nous montrons sur le terrain que le couvert végétal peut modifier de manière réversible les minéraux
argileux sur des périodes très courtes, en quelques années ou dizaines d’années.
______________________________________________________________________________________
Bilan quantitatif des publications de l’entité : 378 articles, 4 ouvrages, 15 chapitres, 4 cartes, 2 brevets
______________________________________________________________________________________
Indiquer les 5 publications majeures de l’entité :
Hetenyi, G., R. Cattin, F. Brunet, L. Bollinger, J. Vergne, J. Nabelek, and M. Diament (2007), Density
distribution of the India plate beneath the Tibetan plateau: Geophysical and petrological constraints on the
kinetics of lower-crustal eclogitization, Earth Planet. Sci. Lett., v. 264(1-2), pp. 226-244.
Brantut, N., A. Schubnel, J. N. Rouzaud, F. Brunet, T. Shimamoto (2008), High-velocity frictional properties
of a clay-bearing fault gouge and implications for earthquake mechanics, J. Geophys. Res., v. 113(B10).
Vigny, C., A. Socquet, S. Peyrat, et al. (2011), The 2010 M(w) 8.8 Maule Megathrust Earthquake of Central
Chile, Monitored by GPS, Science, v. 332(6036), pp. 1417-1421, doi : 10.1126/science.1204132.
Delescluse, M., N. Chamot-Rooke, R. Cattin, L. Fleitout, O. Trubienko, and C. Vigny, April 2012 intraoceanic
seismicity off Sumatra boosted by the Banda-Aceh megathrust, Nature (sous presse)
Grandin, R., M.-P. Doin, L. Bollinger, B. Pinel-Puysségur, G. Ducret, R. Jolivet, and S. Sapkota, Long-term
growth of the Himalaya inferred from interseismic InSAR mesurement, Geology, doi : 10.1130/G33154.1.
______________________________________________________________________________________
Indiquer au maximum 5 documents majeurs
C. Aubourg et J.-P. Pozzi (2007) : « Méthode de détermination de la température maximale subie par une
roche sédimentaire, spécialement dans l'intervalle de la formation d'hydrocarbures ». Brevet déposé à l’INPI
par les inventeurs (07-06262). Etendu à l’Europe : PCT/FR2009/0011391-04.12.2005. Publié en 2010 et étendu
aux pays suivants : USA, Canada, Chine, U.K., Norvège et Brésil.
______________________________________________________________________________________
Indiquer au maximum 5 faits illustrant le rayonnement ou l’attractivité académiques de l’entité
Partenariat : création du Laboratoire de recherche commun « LRC Yves Rocard » avec le DASE-CEA en 2009 ;
fort taux de succès auprès des agences de financement (18 ANR et 6 contrats UE sur la période).
Publication : 7 articles à Nature ou Science sur la période.
Edition : un ‘editor’ de Science ; le directeur de la publication de European Journal of Mineralogy
Distinction : Acad. allemande des sciences Leopoldina ; Accad. Naz. dei Lincei (Rome) ; EGU Louis Néel Medal
______________________________________________________________________________________
Indiquer au maximum 5 faits illustrant les interactions de l’entité avec son environnement socio-
économique ou culturel
Valorisation : pilotage de 2 Groupes Recherche-Industrie avec Total depuis 2009
______________________________________________________________________________________
Indiquer les principales contributions de l’entité à des actions de formation
Rapport doctorants/chercheurs (28/21) ; implications de tous les chercheurs dans les cours L3-Master STEP
______________________________________________________________________________________
Fiche résumé
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bilan UMR 8538_2012_part1 - UMR 8538

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