Déshydratation de la smectite: quel rôle dans la sismicité – SMEC

Les données géophysiques récentes acquises pour décrire les zones de subduction ont révélé le comportement mécanique très variable de la zone de faille à l'interface des plaques, du glissement asismique aux mégaséismes, sans explication claire à cette diversité.
Les failles contiennent dans de nombreux exemples une forte proportion de smectite, un minéral qui incorpore une proportion variable d'eau dans l'espace interfoliaire. Les réactions de déshydratation sont un déclencheur potentiel d'instabilités mécaniques, et le but de SMEC est de décrypter les liens possibles entre les réactions de déshydratation et les instabilités de glissement.
Comprendre la déshydratation de la smectite dans les failles nécessite d'abord l'application d'un nouveau cadre conceptuel, dans lequel les roches de faille sont décrites comme un système biphasé composé d'un squelette solide et de cavités remplies de fluide, avec deux pressions indépendantes.
Sur cette base, nous proposons de réévaluer la déshydratation des smectites en combinant expérimentation et modélisation. La déshydratation dans l'espace (Pfluide-Psolide-T) sera analysée à l'aide d'expériences de diffraction des rayons X dans une enceinte haute pression à l'ISTO, ainsi que des expériences en synchrotron. Ces expériences serviront ensuite pour construire un modèle de déshydratation, à partir de simulations moléculaires à l'échelle de l’espace interfoliaire, et d’une mise à l'échelle vers un modèle thermodynamique macroscopique.
Cette analyse de la déshydratation constituera la base d'une étude expérimentale de la déformation de la smectite, pour démêler les liens potentiels entre déshydratation et instabilités de glissement. Les propriétés de frottement de la smectite révélées par les expériences seront modélisées à l'aide d'une combinaison de simulations moléculaires à l'échelle de l'intercouche et de thermo-poro-mécanique pour récupérer les propriétés macroscopiques et établir des critères d'instabilité.
Enfin, dans le WP3, la même approche des WP1 et WP2 sera appliquée aux roches de failles naturelles, pour valider et étendre le comportement d'hydratation et de frottement caractérisé sur des échantillons synthétiques de smectite pure à un matériau naturel avec une plus grande complexité, notamment en termes de minéralogie. Les propriétés d'hydratation et de frottement obtenues à partir de l'analyse d'échantillons synthétiques et naturels seront enfin utilisées comme inputs de modèles numériques du glissement de zones de failles à grande échelle, qui sont capables de reproduire le cycle sismique et d'appréhender un large spectre de comportement de glissement, des événements de glissement lent aux tremblements de terre réguliers.