Thèse : Impact de la fracturation sur l’érosion des chaînes de montagne

Secteur d'activité : Recherche et Enseignement

Employeur : Géosciences Rennes

Contact : philippe.steer@univ-rennes1.fr 02 23 23 42 65

Localisation : Rennes

Description :

Dans les chaînes de montagne, le socle rocheux est caractérisé par une fracturation développée depuis l’échelle millimétrique jusqu’à l’échelle crustale. Il est postulé depuis longtemps que la fracturation de surface module fortement les processus d’érosion des reliefs montagneux comme l’incision fluviatile dans les rivières et l’érosion des versants par les glissements de terrain. La géométrie du réseau de fracture contrôle aussi vraisemblablement la forme et la distribution de la taille des sédiments entrant dans le réseau hydrographique, influençant ainsi fortement les transferts sédimentaires à grande échelle et la capacité des rivières à inciser la roche (effet outil/couverture). Malgré sa très probable importance, le rôle de la fracturation sur l’érosion n’a jamais été explicitement mis en évidence et aucun modèle théorique n’a été proposé pour inclure la fracturation dans les lois d’érosion des paysages et de production de sédiment. L’objectif de cette thèse est de combler cette lacune importante dans la compréhension de la dynamique de l’érosion des chaines de montagne.

Le doctorant intégrera une équipe regroupant des compétences uniques sur l’analyse et la modélisation des processus d’érosion des chaînes de montagne (Steer, Lague) et la fracturation des roches (Davy, Dreuzy). La thèse abordera les points suivants :  

  1. Mise en évidence et la quantification in situ du rôle de la fracturation sur les vitesses d’incision des rivières en Nouvelle-Zélande. Le doctorant complétera une base de données pluriannuelles de données topographiques 3D de rivières torrentielles obtenues par lidar terrestre. Il développera des méthodes de caractérisation de la fracturation en 3D, d’analyse automatique des processus d’érosion dominants (abrasion vs plucking) et d’analyse conjointe des relations érosion/fracturation.
  2. Relations entre fracturation de la roche source et granulométrie des débris produits lors de glissements de terrain. En exploitant le même type de données 3D haute résolution acquises sur des glissements de terrain, le doctorant étudiera les relations entre fracturation de la roche source et taille/morphologie des débris générés par les glissements de terrain. Il se basera sur un algorithme déjà développé permettant d’extraire les grains et leurs formes à partir de données 3D.
  3. Etude expérimentale des relations entre géométrie 3D du réseau de fracture (densité, orientation, connectivité) et type/vitesse des processus d’incision fluviatile. Le doctorant utilisera un nouveau dispositif expérimental dans lequel des roches disposant d’un réseau artificiel de fractures imprimés en 3D sont érodées en laboratoire par un écoulement d’eau et de galets.
  4. 4.Développement d’un nouveau cadre théorique incluant un modèle géométrique de fracture implicite dans les modèles d’évolution des rivières et des paysages. Cette partie intégrera les résultats précédents et les derniers modèles de fracturation développés dans l’équipe (e.g., DFN)..

L’équipe DIMENV fait partie des groupes leader internationaux dans le traitement avancé des données 3D lidar en géomorphologie, la modélisation de la fracturation et la modélisation expérimentale et numérique de la dynamique des rivières. Les précédents doctorants sont employés tant dans le secteur académique (CNRS, Université) qu’industriel (Itasca, BRGM, Azurdrones,…) en France et à l’international.

Profil du candidat :

formation en Sciences de la Terre quantitative (géophysique, mécanique des roches, mécanique des fluides géologiques, traitement d’images), physique (mécanique des roches, mécanique des fluides) avec une appétence pour le terrain (Nelle-Zélande), l’expérimentation et/ou la modélisation numérique. Connaissances de base dans l’un des langages et outils suivant souhaitable : matlab, python, C/C++. Bon niveau en Anglais impératif.

les compétences pointues sur le traitement avancé de données topographiques 3D acquises offriront des perspectives d’emploi dans le secteur privé fortement demandeur de ces compétences. Le thème de recherche fracturation/érosion, à l’interface entre géomorphologie, mécanique des roches et hydrologie offre des perspectives tant dans le secteur académique (recherche) que dans le secteur privé (risques naturels en montagne, traitement de données 3D massives et complexes).