Études expérimentales de la dynamique et de l’émission sismique des instabilités gravitaires - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Experimental studies of the dynamics and of the seismic emission of gravitational instabilities

Études expérimentales de la dynamique et de l’émission sismique des instabilités gravitaires

Maxime Farin

Résumé

Rockfalls are a major natural hazard in steep areas. However, the dynamics of gravitational instabilities is still not well understood and observations of these events are rare. Laboratory experiments of granular flows are then a unique way to get insight into the key parameters that control their dynamics. I therefore chose to adopt an experimental approach during my PhD, focusing first on the dynamics and erosion processes of granular flows. I identified the initial and boundary conditions for which a slow propagation phase appears at the end of the deceleration of granular flows. When the slow propagation phase develops, the dynamics and deposition of granular flows change fundamentally. Secondly, I focused on the seismic signal generated by landslides. I first established analytical scaling laws that allow to retrieve the mass and the speed of an object impacting a surface from the spectral content of the emitted seismic signal. I applied these approach for impacts of rock boulders in a natural site but the associated seismic signal had been recorded with an insufficient sampling frequency. Still, I observed an empirical scaling law for the elastic energy radiated during these impacts. Finally, I showed experimentally that the seismic signal is a consistent tool to get insights into granular flows dynamics. I proposed empirical scaling laws to describe the variation of the elastic energy radiated by a granular flow as a function of the flow physical characteristics.
Les éboulements sont un aléa naturel majeur dans les régions à fort relief. Cependant, la dynamique des instabilités gravitaires est encore mal comprise et les observations de ces événements sont rares. Les expériences de laboratoire d'écoulements granulaires sont alors un moyen unique pour contraindre les paramètres clés qui contrôlent leur dynamique. J'ai donc choisi d'adopter une approche expérimentale au cours de ma thèse, en me focalisant dans un premier temps sur la dynamique et les processus d'érosion des écoulements granulaires. J'ai identifié les conditions initiales et aux limites pour lesquelles une phase de propagation lente apparaît à la fin de la décélération des écoulements granulaires. Lorsque cette phase se développe, la dynamique et le dépôt des écoulements changent fondamentalement.   Dans un second temps, je me suis intéressé au signal sismique généré par les éboulements. J'ai établi des lois d'échelle analytiques pour retrouver la masse et la vitesse d'un objet entrant en collision avec une surface à partir du contenu spectral du signal sismique émis. J'ai appliqué cette approche pour des impacts de blocs rocheux en site naturel mais le signal sismique associé avait été enregistré avec une fréquence d'échantillonnage trop faible. J'ai malgré cela pu observer une loi d’échelle empirique pour l'énergie élastique rayonnée lors de ces impacts. Enfin, j’ai montré expérimentalement que le signal sismique est un outil pertinent pour nous renseigner sur la dynamique des écoulements granulaires. J'ai proposé des lois d'échelle empiriques pour décrire la variation de l'énergie élastique rayonnée en fonction des caractéristiques physiques de l’écoulement.
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Citer

Maxime Farin. Études expérimentales de la dynamique et de l’émission sismique des instabilités gravitaires. Géophysique [physics.geo-ph]. Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), France, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01153209⟩
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