Responsable scientifique : Benjamin Guillaume
Responsable technique : Jean-Jacques Kermarrec
Personnel ITRF : Pascal Rolland
Le laboratoire est très ouvert sur l’extérieur avec de nombreuses collaborations nationales et internationales, tant académiques, qu’industrielles. Il est reconnu comme l’un des principaux laboratoires expérimentaux de modélisation des processus tectoniques et géomorphologiques en France. Il participe aussi à la mise en place de TP sur l’approche expérimentale en Sciences de la Terre. Le laboratoire fait également partie du réseau TECMODF (regroupant les laboratoires français dédiés à la modélisation analogique des processus géologiques) et d'EPOS (European Plate Observing System).
Les activités du laboratoire de modélisation
Dispositifs expérimentaux
- Tectonique d'échelle crustale à lithosphérique : 4 postes équipés avec moteur de déformation pas-à-pas. Salle à température régulée, dispositifs de sédimentation, dispositifs thermo-mécaniques
- Tectonique à l'échelle mantellique : 2 postes équipés avec deux moteurs de déformation pas à pas : sirop de glucose/silicone/sable
- Géomorphologie, 2 postes : chenal en incision et micro-flume.
• SUCHY (Surface Process controls on the hyporheic zone) : Expérience de couche limite turbulente sur substrat poreux, avec contrôle des flux nappe-rivière et technique de mesure 3D par index-matching.
• IMPERO (IMPactor EROsion) : chenal annulaire d'érosion par impacteur. Tube en plexiglas de 40 cm de haut équipé d'un système de fixation pour un disque de béton pré-fracturé de 20 cm de diamètre et 2 cm de haut couplé à une hélice contrôlée par moteur qui assure la mise en mouvement d'un fluide et d'impacteurs pour étudier le rôle de la fracturation des roches sur les vitesses et les modes d'érosion (abrasion vs plucking).
Le laboratoire est également équipé de dispositifs pour :
- l'acquisition de la topographie à haute résolution (mm à infra-mm) par LIDAR et photogrammétrie et de vélocimétrie par suivi de particules (PIV)
- la mesures des propriétés physiques des matériaux (densimètre, viscosimètre de Couette)
- la fabrication de pièces sur mesure (imprimante 3D)
et s'appuie sur un atelier de mécanique dédié pour la mise en oeuvre de dispositifs sur mesure.
Mode de fonctionnement
Les demandes de travaux sont centralisées et planifiées par J. Kermarrec et P. Rolland en accord avec B. Guillaume. Il s’agit de déterminer la faisabilité des expérience et/ou de planifier et coordonner les expériences, définir des priorités pour le développements techniques et favoriser l’accès au plus grand nombre de chercheurs. Un tarif établi en fonction du type d’expérience (sable, sable/silicone, sable/silicone/sirop de glucose, silice) est disponible sur demande pour les chercheurs de Géosciences et les chercheurs extérieurs. L’atelier de modélisation analogique n’a pas la vocation d’effectuer des expériences sur commande mais fournit, si possible, les moyens techniques pour leur mise en place dès la phase de conception sur le papier. Chaque expérience est ensuite réalisée par les chercheurs/étudiants directement concernés.
Projets récents et en cours
- Projet SUBITOP (ITN Marie Curie) : La surface terrestre est sculptée par l'érosion active des continents qui sont eux formés et soulevés par des processus tectoniques. Un des processus tectoniques majeurs sur Terre est la subduction, processus au cours duquel une lithosphère océanique ploie pour s'enfoncer au sein du manteau terrestre. La subduction est un moteur de la tectonique des plaques qui permet le recyclage d'eau, de CO2 et de matériel crustal à l'intérieur de la Terre, entretenant également la convection mantellique et le transport global de chaleur. Le but de ce projet est d'étudier les relations entre déformation de la plaque plongeante en profondeur et évolution topographique à la surface de la Terre, notamment dans le contexte de l'évolution Cénozoïque de la Méditerranée. Participants : Carlos Fernandez-Garcia, Benjamin Guillaume, Jean-Pierre Brun.
- Projet WaterfallModel3D (Marie-Curie Actions Individual Fellowship) : Les cascades sont des éléments importants des rivières car elles transmettent à travers le paysage les signaux d'érosion qui eux sont contrôlés par des perturbations externes aussi bien d'origine climatique que tectonique. Notre compréhension actuelle des facteurs contrôlant l'érosion par les cascades est limitée et simpliste. Les expériences menées en laboratoire permettent d'isoler et de quantifier l'impact de différents facteurs comme la hauteur de la cascade, la résistance du substrat rocheux, le flux sédimentaire et le débit de la rivière sur le type et le taux d'érosion au niveau des cascades. Porteur du projet : Edwin Baynes.
- Projet Interactions dorsales et zones de subduction (financements INSU, ECOS) : Ce projet s'attache à comprendre l'impact de l'arrivée en subduction d'une dorsale sur la dynamique de la subduction et la déformation de la plaque chevauchante. Participants : Méline Salze, Rodrigo Javier-Suarez, Joseph Martinod, Christian Sue, Matias Ghiglione, Benjamin Guillaume
Publications récentes (2013-2022)
- Nalpas, T., Kernif, T., Bassandi, J.N., and Kermarrec, J.-J., in press, Analogue modelling of sedimentary breccias in a talus slope with or without extension—comparison with a natural case, Comptes Rendus Géoscience - Sciences de la Planète.
- Suárez, R.J., Guillaume, B., Martinod, J., Ghiglione, M., Sue, C., and Kermarrec, J.-J., 2022, Role of convergence obliquity and inheritance on sliver tectonics: insights from 3-D subduction experiments, Tectonophysics, 842, 229583. doi : https://doi.org/10.1016/j.tecto.2022.229583
- Guillaume, B., Gianni, G.M., Kermarrec, J.-J., and Bock, K., 2022, Control of crustal strength, tectonic inheritance and stretching/shortening rates on crustal deformation and basin reactivation: insights from laboratory models, Solid Earth, 13, 1393-1414. doi : https://doi.org/10.5194/se-13-1393-2022
- Guillaume, B., Funiciello, F. and Faccenna, C., 2021, Interplays between mantle flow and slab pull at subduction zones in 3D, JGR, 126, e2020JB021574, 2021. doi : https://doi.org/10.1029/2020JB021574
- Edwin Baynes, Dimitri Lague, Philippe Steer, Stéphane Bonnet, Luc Illien, 2020. Sediment flux driven channel geometry adjustment of bedrock and mixed gravel‐bedrock rivers. Earth Surface Processes and Landforms, Wiley, 45 (14), pp.3714-3731. doi : 10.1002/esp.4996.
- Baynes E.R.C., Bardin C., Friedrich H., 2020, Fluvial evacuation of landslide material from bedrock-confined channels under controlled experimental conditions. Geomorphology, 368, 107359 https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2020.107359
- Ondřej Krýza, Ondrej Lexa, Karel Schulmann, Alexandra Guy, Denis Gapais, et al.. Oroclinal buckling and associated lithospheric-scale material flow – insights from physical modelling: Implication for the Mongol-Hingan orocline. Tectonophysics, Elsevier, 2020, pp.228712. doi : 10.1016/j.tecto.2020.228712
- Olivier Dauteuil, C Homberg, M Rocher, M Amarouche, JJ Kermarrec, Y Jegat, Rheological-layered basin under strike-slip deformation: analogue approach at crustal scale, Comptes Rendus. Géoscience, 2020, 352 (3), 213-223. doi : 10.5802/crgeos.38
- Carlos Fernández-García, Benjamin Guillaume, Jean-Pierre Brun. 3D slab breakoff in laboratory experiments. Tectonophysics, Elsevier, 2019, 773, pp.228223. doi : 10.1016/j.tecto.2019.228223
- Baynes E.R.C., Lague, D., Kermarrec, J.-J., 2018. Supercritical river terraces generated by hydraulic and geomorphic interactions. Geology, doi : 10.1130/G40071.1
- Salze, M., Martinod, J., Guillaume, B., Kermarrec, J.-J., Ghiglione, M.C., Sue, C., 2018. Trench-parallel spreading ridge subduction and its consequences for the geological evolution of the overriding plate: Insights from analogue models and comparison with the Neogene subduction beneath Patagonia. Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2018.04.018
- Lina Vasquez, Thierry Nalpas, Jean-François Ballard, Christian Le Carlier De Veslud, Brendan Simon, Olivier Dauteuil, Xavier Du Bernard, 2018. 3D geometries of normal faults in a brittle-ductile sedimentary cover: Analogue modelling, Journal of Structural Geology, 112, pp.29-38. doi : 10.1016/j.jsg.2018.04.009
- Baynes E.R.C, Lague D., Attal M., Gangloff A, Kirstein L.A., Dugmore A.J., 2018. River self-organisation inhibits discharge control on waterfall migration. Scientific Reports 8, 2444, doi : 10.1038/s41598-018-20767-6.
- Guillaume, B., Hertgen, S., Martinod, J., and Cerpa, N.G., 2018. Slab dip, surface tectonics : How and when do they change following an acceleration/slow down of the overriding plate ?, Tectonophysics 726, 110-120, doi : 10.1016/j.tecto.2018.01.030.
- The impact of syn- and post-extension prograding sedimentation on the development of salt-related rift basins and their inversion: Clues from analogue modelling. 2017. Mar Moragas, Jaume Verges, Thierry Nalpas, Eduard Saura, Juan Diego Martín-Martín, Gregoire Messager, David William Hunt. Marine and Petroleum Geology, 88, pp.985-1003. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2017.10.001
- Brun, J.-P., Sokoutis, D., Tirel, C., Gueydan, F., Van Den Driessche J. , and Beslier M.-O., in press. Crustal versus mantle core complexes, Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2017.09.017.
- Bajolet F., Chardon D., Martinod J., Gapais D., Kermarrec J.J., 2015. Syn-convergence flow inside and at the margin of orogenic plateaux : Lithospheric-scale experimental approach. J.G.R. Solid Earth, 120, 6634-6657, doi : 10.1002/2015JB012110.
- Kydonakis, K., J.-P. Brun, and D. Sokoutis, 2015. North Aegean core complexes, the gravity spreading of a thrust wedge, J. Geophys. Res. Solid Earth, 120, doi : 10.1002/2014JB011601.
- Driehaus, L., T. Nalpas, J.-F. Ballard, 2014. Interaction between deformation and sedimentation in a multidecollement thrust zone : Analogue modelling and application to the Sub-Andean thrust belt of Bolivia. Journal of Structural Geology, 65, 59-68, doi : 10.1016/j.jsg.2014.04.003
- Gapais D., Jaguin J., Cagnard F., Boulvais P., 2014. Pop-down tectonics, fluid channelling and ore deposits within ancient hot orogens. Tectonophysics, 618, 102-106.12, doi : 10.1016/j.tecto.2014.01.027
- Philippon M., Brun J-P., Gueydan F. and Sokoutis D., 2014. The interaction between Aegean back-arc extension and Anatolia escape since Middle Miocene. Tectonophysics, doi : 10.1016/j.tecto.2014.04.039
- Srivastava, H., Cobbold, P.R., 2014. What makes India such a good indenter ? Current Science, 104 (2), 288-292.
- Zanella, A., Cobbold, P.R., Le Carlier de Veslud, C., 2014. Physical modelling of chemical compaction, overpressure development, hydraulic fracturing and thrust detachments in organic-rich source rock. Marine and Petroleum Geology 55, 262-274, doi : 10.1016/j.marpetgeo.2013.12.017.
- Influence of depositional load on the development of a shortcut fault system during the inversion of an extensional basin: The Eocene-Oligocene Abanico
Basin case, central Chile Andes (33°-35°S).2014. Carolina Muñoz-Sáez, Luisa Pinto1, Reynaldo Charrier, Thierry Nalpas. Andean Geology 41 (1), pp.1-28. doi: 10.5027/andgeoV41n1-a01 - Barrier, L., T. Nalpas, D. Gapais, J.-N. Proust, 2013. Impact of synkinematic sedimentation on the geometry and dynamics of compressive growth structures : Insights from analogue modelling. Tectonophysics, 608, 737-752.5, doi : 10.1016/j.tecto.2013.08.005
- Driehaus, L., Nalpas, T., Cobbold, P.R., Gelabert, B., Sàbat, F. 2013. Effects of margin-parallel shortening and density contrasts on back-arc extension during subduction : Experimental insights and possible application to Anatolia. Tectonophysics, 608, 288-302, doi : 10.1016/j.tecto.2013.09.028 .
- Midtkandal I., Brun J.P., Gabrielsen R.H., Huismans R.S., 2013. Control of lithosphere rheology on subduction polarity at initiation : Insights from 3D analogue modelling. Earth and Planetary Science Letters, 361, 219–228, doi : 10.1016/j.epsl.2012.10.026
- Reber, J.E., Galland, O., Cobbold, P.R., Le Carlier de Veslud, C. 2013. Experimental study of sheath fold development around a weak inclusion in a mechanically layered matrix. Tectonophysics, 586, 130-144, doi:10.1016/j.tecto.2012.11.013.
- Soleimany, B., T. Nalpas, F. Sàbat, 2013. Role of the compression angle on the reactivation of an inverse fault. Geologica Acta, 11, 265-276.