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Propriétés thermodynamiques et mécaniques des argiles: quelle influence sur la génération des séismes? Doctorant H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
- Français-- Anglais

Date Limite Candidature : mardi 23 avril 2024

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Propriétés thermodynamiques et mécaniques des argiles: quelle influence sur la génération des séismes? Doctorant H/F
Référence : UMR7327-MARROU0-040
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : mercredi 24 janvier 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 mars 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : Rémunértion brute mensuelle : 2135,00 €
Section(s) CN : Terre et planètes telluriques : structure, histoire, modèles

Description du sujet de thèse

Au CNRS, à l'ISTO, dans le cadre plus large du projet ANR SMEC, le projet de thèse poursuivra un double objectif.
En premier lieu, nous chercherons à contraindre expérimentalement les conditions de déshydratation/hydratation de la smectite. Dans cette optique, des expériences de réaction de déshydratation/hydratation seront réalisées à l'ISTO, en utilisant un autoclave haute pression et haute température équipé d'une équipement de suivi in situ par diffraction des rayons X (DRX). Les diffractogrammes X seront modélisés en termes de distribution des couches d'eau dans l'espace intercalaire de smectite. Le rôle des différents paramètres (conditions Pfluide-Psolide-T, nature du cation interfoliaire) sur les réactions sera évalué. Les détails des réactions de déshydratation/hydratation seront analysés sur la base d'expériences complémentaires au Synchrotron utilisant le même dispositif expérimental.

Dans une deuxième partie, le projet de thèse se concentrera sur l'effet de telles réactions d'hydratation/déshydratation sur les propriétés mécaniques de la smectite. Des expériences de friction seront réalisées sur la presse Paterson à l’ISTO pour analyser les propriétés mécaniques des agrégats de smectite. Le coefficient de frottement à l'état d'équilibre, ainsi que la dépendance à la vitesse de glissement, seront estimés en fonction de la quantité d’eau interfoliaire, du cation interfoliaire, de la température et des conditions de pression Psolide et Pfluide. Deuxièmement, le rôle des réactions de déshydratation se produisant lors de la déformation pour déclencher des instabilités de glissement sera également exploré.

Ces résultats expérimentaux constitueront pour finir le support du développement d’approches théoriques et numériques de la thermodynamique et des propriétés mécaniques de la smectite (non traitées dans le projet de thèse détaillé ici mais dans d'autres parties du projet SMEC).

Contexte de travail

Les zones de failles qui bordent les plaques tectoniques présentent une grande variété de comportements mécaniques, depuis des glissements asismiques jusqu’à des séismes majeurs. A ce jour, il n’y a pas de consensus sur les mécanismes contrôlant cette diversité des modes de glissement des failles. Une origine possible pourrait résider dans le comportement des smectites, une argile gonflante abondante dans les zones de failles, et qui peut incorporer des quantités variables d’eau entre ses feuillets nanométriques. Malgré leur importance potentielle, la thermodynamique des réactions d’hydratation/déshydratation des smectites et le lien entre ces réactions et les déformations des failles, restent inconnus. Ces questions fondamentales sont au cœur du projet ANR SMEC finançant cette thèse.
Les objectifs du projet SMEC sont ainsi de 1) clarifier la thermodynamique d’hydratation/déshydratation des smectites, en fonction des conditions de pression de confinement Psolide, pression de fluide Pfluide et de température, 2) de relier l’hydratation au comportement mécanique, et 3) de faire le lien avec les couplages hydratation-mécanique à l’échelle des failles, dans la perspective d’application à des exemples naturels à grande échelle. Ces questions seront abordées en combinant des expériences de laboratoire et des simulations numériques depuis le minéral argileux jusqu’à la faille.

Informations complémentaires

Le projet sera localisé à l'Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (https://www.isto-orleans.fr/en/home/) à l'Université d'Orléans (http://www.univ-orleans.fr/fr). Le projet SMEC, englobant la thèse décrite ici, est fondé sur un consortium de 7 laboratoires et le recrutement de 3 doctorants. Des formations régulières et échanges scientifiques entre les 3 doctorants et les partenaires scientifiques du SMEC seront organisés.