Résumé en anglais :
Active fault mechanics is a young science. A seemingly simple question like the structure of active faults is still an open question. The fine structure of an active fault is actually difficult to predict a priori. Yet this structuring is a prerequisite for understanding the mechanics of an active fault, its pre-seismic nucleation processes, its coseismic slip propagation processes, or its post-seismic recement processes.
The damage zone represents most of the volume of a fault zone. We aim at quantifying the damage using a multiscale approach. On a metric to decimetric scale, the borehole logs provide a continuous profile of mechanical properties to characterize the extent and intensity of the damage. An example will be shown on the Alpine Fault, New Zealand, which exhibits a hierarchical damage structure.
A new approach that takes into account drilling data also helps to characterize hydraulic profiles. In the Nankai subduction zone, offshore Japan, we show that the décollement already develops fluid overpressures even near the trench. The damaged zone is asymmetric and constitutes a hydraulic drain, whereas the fault core is mineralogically differentiated and constitutes an impermeable barrier.
Therefore , Mmechanical damage is not the single parameter controlling the evolution of faults. Fault maturation is also associated with rock alteration, accentuated by fracturing. Laboratory experiments show that this fracturing is more intense under coseismic loading at high strain rates. At 180°C, the percolation of reactive fluids in these intensely fractured samples can significantly alter the sample, causing creep and a decrease in permeability.
These multimethod and multiscale approaches open new perspectives to model the structuring of active faults and to better understand the diversity of their mechanical behavior.
Résumé en français :
La mécanique des failles actives est une science jeune. Une question en apparence aussi simple que la structure des failles actives est encore une question ouverte. La structure fine d’une faille active est en effet difficile à prédire a priori. Or cette structuration est un pré-requis pour comprendre la mécanique d’une faille active, des processus de nucléation présismiques, des processus de propagation du glissement cosismiques, ou encore des processus de recimentation postsismiques.
L’essentiel du volume d’une zone de faille est constituée d’une zone endommagée, que nous proposons de quantifier par une approche multi-échelle. À l’échelle métrique à décimétrique, les diagraphies en forage permettent de réaliser un profil continu des propriétés mécaniques pour caractériser l’extension et l’intensité de l’endommagement. Un exemple sera donné sur la faille Alpine, en Nouvelle Zélande, qui présente une structure hiérarchique de l'endommagement.
Une nouvelle approche prenant en compte les données de foration permettent de caractériser aussi des profils hydrauliques. Dans la zone de subduction de Nankai, nous montrons que le décollement développe déjà des surpressions de fluide même à proximité de la fosse. La zone endommagée est asymétrique et constitue un drain hydraulique, tandis que le cœur de faille est au contraire différentiée et constitue une barrière imperméable.
L’endommagement mécanique n’est pas donc pas le seul paramètre contrôlant l’évolution des failles. La maturation des failles est aussi associée à une altération des roches, accentuée par la fracturation. Des expériences en laboratoire montrent que cette fracturation est plus intense en cas de chargement co-sismique, à haute vitesse de déformation. À 180°C, la percolation de fluides réactifs dans ces échantillons intensément fracturés permet d’altérer grandement l’échantillon, de provoquer fluage et diminution de la perméabilité.
Ces approches multi-méthodes et multi-échelles ouvrent donc de nouvelles perspectives pour modéliser la structuration des failles actives et de mieux appréhender la diversité de leur comportement mécanique.
