L’ordinateur permet également de faire
des modèles réduits et de les voir évoluer
dans les conditions que le géophysicien impose.
Le dimensionnement des modèles en matériaux
tels que sables ou silicone à l’échelle
du laboratoire demeure un problème (notamment
pour les rhéologies ductiles et les changements
de rhéologies en fonction de la température).
Or, tout matériau peut être introduit
avec ses caractéristiques physiques dans un ordinateur.
Il est même possible de le déformer par
des calculs. C’est la modélisation numérique
qui permet aussi de changer la rhéologie et la
température d’un matériel à tout
moment pendant le déroulement de l’expérience.
Au delà des conditions pratiques (quelques clics
sur un ordinateur…après beaucoup de calculs),
la modélisation numérique offre un certain
nombre d'avantages par rapport aux modèles analogiques :
- Pour remplacer la raclette ou l’aspirateur qui
ajoutent ou enlèvent du matériel dans un
modèle analogique, le calcul est performant pour
introduire les processus de sédimentation et l'érosion.
- La modélisation numérique permet de tenir compte de la gravité (il
faut une centrifugeuse pour les modèles analogiques)
- La modélisation numérique permet de quantifier les déformations,
bilans de masse, etc…
- La modélisation numérique permet aussi de faire des expériences à faible énergie, énergie
qui ne déclencherait aucune déformation dans un modèle
analogique.
De plus avec les progrès exponentiels réalisés
au niveau du matériel et des logiciels informatiques,
les chercheurs sont capables de réaliser des expériences
de plus en plus complexes dans un temps devenu maintenant
raisonnable quelques jours au lieu de mois !
 Néanmoins, subsiste l’extrême difficulté de
réaliser des expériences numériques
en 3 dimensions en raison de temps de calcul qui deviennent
démentiels. Or, comme nous l’avons vu précédemment
dans Géomanips, la géologie est une science
qui se lit en 3 dimensions, de simples tranches dans
un modèle analogique révèlent cette
troisième dimension.
Nous vous proposons différentes expériences
numériques pour découvrir comment se localise
la déformation dans une zone en extension.
Pour ceci nous avons utilisé le code (ou logiciel)
développé par Rodolphe
Cattin, chercheur à l’École
Normale Supérieur de Paris.
Dans ces expériences, le chercheur a simulé l’extension
pour une rhéologie semblable à celle d’une
croûte continentale. Puisque changer un paramètre
aussi anodin que la vitesse d’extension dans un
modèle géologique modifie sensiblement
l’intensité et la localisation de la déformation
obtenue et par conséquent la nature des structures
géologiques obtenues, nous avons fait varier 3
paramètres dans ce modèle :
- la géométrie de la faille initiale,
- la friction entre les deux compartiments séparés
par la faille
- la vitesse d’extension au cours du temps.
La géométrie d’une faille initiale
permet de créer ou non d’autres failles
secondaires. Dans ces expériences, nous avons
choisi deux types de failles initiales, une plane l’autre
listrique (ou faille courbe) : plus qu’une faille
plane, une faille listrique permet de générer
des bandes (ou zones) de déformation qui correspondant
dans la nature à des failles satellites (ou conjuguées).
La friction joue également sur la localisation
de la déformation : à faible friction,
la déformation se localise sur la faille, à forte
friction, la déformation est moins localisée.
La vitesse de mouvement d’une faille joue essentiellement sur l’amplitude
de la déformation : plus la vitesse est rapide plus la déformation
sera de grande amplitude.
Dans tous les cas on part d’un compartiment homogène figuré en
bleu foncé , on y introduit une faille (plane ou courbe) et l’ordinateur
va tirer sur les deux compartiments pendant 100 000 ans !
Plusieurs jours de calculs au laboratoire de l’École Normale Supérieure
de Paris ont été nécessaires. Les images obtenues ont été montées
en films afin de faciliter l’interprétation au visiteur de Géomanips.
Bien entendu, vous ne pilotez pas en temps direct les calculs correspondants
aux images, les résultats ont été enregistrés.
Quand ont été mises en place toutes les équations de base,
ce qui peut représenter tout un travail de thèse, la multiplication
des expériences est possible. Bien évidemment, les résultats
doivent toujours être confrontés à la réalité du
terrain !
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