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La boîte à sable
Les sables



CNRS-Geomanips

Gros plan sur une expérience prête à démarrer : quelques centimètres de sable pour modéliser des millions d’années de sédimentation.





La boîte à sable
Les sables




Appareillage expérimental

L’appareillage utilisé s’inspire du contexte d’une zone de subduction.


Un film mobile, disposé au fond de la boîte expérimentale, est entraîné par un moteur lent et disparaît sous la boîte, grâce à une fente, tout comme la plaque océanique subduit dans le manteau. On dispose de plusieurs types de films de rugosités différentes pour figurer les différences de frictions basales.

Une butée fixe représente la plaque contre laquelle vont arriver les sédiments (marge continentale ou arc volcanique).

La boîte est longue et étroite, elle est fermée par deux vitres. Elle permet l’observation en 3 dimensions de la déformation avec une coupe toujours observable en temps réel. Le dispositif mesure 1,20 m et représente une centaine de km.





 



 



La boîte à sable
Les sables



Interprétation d’un profil sismique


Le saupoudrage

Jacques Malavieille saupoudre peu à peu de sable le fond de la boîte expérimentale, sur une épaisseur d’environ 3 centimètres.
Ce sable va se comporter à l’échelle de sa boîte et en quelques dizaines de minutes, comme les roches sédimentaires naturelles pendant des millions d’années : c’est le principe des expérimentations.

 

Le saupoudrage représente le lent dépôt des couches sédimentaires au fond d’un océan…
"Pour matérialiser les différentes couches de sédiments on utilise des sables de différentes couleurs marqués avec des colorants que l’on trouve dans le commerce et mélangés au sable avec un liquide -il faut sécher le sable, ensuite on le tamise, on peut l’utiliser dans la boîte à sable.
Ce sont ces couches qui vont représenter les sédiments portés par la plaque océanique, ou les sédiments de la fosse qui vont venir s’accréter contre la butée fixe.
Cette butée fixe représente ici l’équivalent de la marge continentale contre laquelle vont venir s’accumuler les sédiments du prisme d’accrétion océanique. »

Évidemment, les colorants ne changent pas les propriétés mécaniques du sable. Ce sont des marqueurs passifs des sédiments. Dans la nature, bien entendu, les sédiments peuvent avoir des comportements différents selon la couche. On peut faire cela dans nos expériences, il faut changer les matériaux. On utilise par exemple pour changer le comportement mécanique des poudres de roches qui ont des cohésions différentes."



Le sable de Fontainebleau

Pourquoi utilisez vous du sable de Fontainebleau ?

« On utilise un seul matériau, du sable de Fontainebleau ; c’est un sable éolien dont les grains sont bien ronds et qui a un comportement mécanique intéressant pour modéliser les déformations de la croûte supérieure. Le sable est un excellent analogue des matériaux de la croûte supérieure qui a un comportement cassant»



Des sédiments prêts pour l’aventure !


Plusieurs couches de sables colorés sont désormais disposées régulièrement sur le film. L’expérience va pouvoir commencer...

 


Avez-vous respecté d’autres règles que celles du comportement mécanique ?
« Dans ces expériences, on essaie de changer l’échelle dans l’espace et dans le temps. C’est-à-dire que des phénomènes qui demandent des dizaines de millions dans la nature doivent se produire dans nos expériences en quelques minutes. Des distances de plusieurs kilomètres, par exemple, ici, l’épaisseur des sédiments sera de quelques centimètres alors que dans la nature ils sont épais de plusieurs kilomètres. On pourrait dire qu’un centimètre c’est un kilomètre et une minute, un million d’années ! »




 





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