Perguntas gerais sobre encargos administrativos

Comme on a pu le montrer tout au long de cette présentation, plusieurs dispositifs de mo-délisation existent à travers le monde, présentant des caractéristiques différentes, que ce soit dans le choix des matériaux, dans la composition du système de surrection, dans la composi-tion du système de brumisacomposi-tion ou encore dans la taille des modèles. Tous ces dispositifs, aussi différents soient-ils, ont permis plusieurs évolutions majeures dans le domaine de la géologie de surface, et plus globalement dans le domaine des sciences de la Terre. La modélisation expéri-mentale a fortement participé, depuis quelques années, à notre compréhension des interactions entre les processus de surface tels que l’érosion, le transport et la sédimentation, et les proces-sus tectoniques dans les systèmes orogéniques. Elle a permis d’explorer des dynamiques très complexes, et difficiles à observer et quantifier dans la nature. Il a, entre autres, été testé les effets des paramètres tectoniques et climatiques sur les flux d’érosion, l’effet de la tectonique sur la dynamique des chenaux mais également la dynamique transitoire des systèmes en érosion. Cependant la modélisation expérimentale des phénomènes de surface reste une discipline dans laquelle la distorsion d’échelle, qu’elle soit physique ou cinématique, reste très peu contrainte. Il est donc nécessaire de garder à l’esprit que tous les résultats obtenus doivent être interprétés avec suffisamment de recul sur les systèmes naturels, pour éviter des conclusions trop éloignées des observations qui pourraient être faites dans les systèmes naturels.

Le dispositif de modélisation développé à

l’Université Toulouse 3 Paul Sabatier

Sommaire

III.1 Présentation générale . . . . 54 III.1.1 L’origine du dispositif . . . . 54 III.1.2 Le principe . . . . 55 III.2 Le système de surrection . . . . 57 III.3 Le système de brumisation . . . . 58 III.3.1 Le Principe . . . . 58 III.3.2 La calibration des précipitations . . . . 58 III.4 Le système de mesure des topographies . . . . 65 III.4.1 Principe et caractéristique du laser . . . . 65 III.4.2 Les principaux problèmes rencontrés lors de la numérisation . . . . 68 III.5 Présentation de l’automate . . . . 69 III.5.1 La gestion des cycles en mode manuel . . . . 69 III.5.2 La gestion des cycles en mode automatique . . . . 69 III.6 Le matériau à éroder . . . . 72 III.7 Test de validation du dispositif . . . . 72 III.7.1 Comparaison de l’évolution des hauteurs moyennes . . . . 72 III.7.2 Comparaison des morphologie des topographies . . . . 74 III.8 Conclusion du chapitre . . . . 76

III.1 Présentation générale

III.1.1 L’origine du dispositif

Une part non négligeable de mon travail de thèse a été dédiée à la mise en place d’un dispositif de modélisation des reliefs au laboratoire Géosciences Environnement Toulouse (GET). Sous l’impulsion de Stéphane Bonnet, nous avons entrepris de réinstaller au GET le dispositif de modélisation initialement développé au laboratoire Géosciences Rennes (CNRS-Université de Rennes 1) par Alain Crave, Dimitri Lague et Stéphane Bonnet, et décrit dans le chapitre II. Le déménagement de ce dispositif à Toulouse a été l’occasion d’y apporter d’importantes modifications, décrites ci-dessous, et visant, en particulier, à améliorer son automatisation. A Rennes, la modélisation expérimentale des reliefs a été initiée à la fin des années 90 par Alain Crave, chercheur au CNRS, qui a développé un premier dispositif et définit un premier protocole expérimental (Crave et al.,2000) Ce premier dispositif a été utilisé pour réaliser les travaux de

Lague et al. (2003) et Bonnet et Crave (2003). Une partie importante de la thèse de Dimitri Lague, soutenue à l’Université de Rennes 1 en 2001, a porté sur la construction de ce dispositif et sur l’analyse des expériences en vue de caractériser entre autre la loi d’érosion des modèles et la dépendance au soulèvement tectonique des reliefs créés. Toujours à l’aide de ce dispositif, les travaux deBonnet et Crave (2003) ont ensuite porté plus spécifiquement sur l’impact de la pluviométrie sur la forme et la dynamique de ces reliefs. Suite à ces premiers résultats et fort de l’expérience acquise, un second dispositif a été mis au point, toujours à Géosciences Rennes, par Alain Crave, Stéphane Bonnet et Dimitri Lague (voir (Bonnet et Crave, 2006)) . Ce nouveau dispositif a ensuite été utilisé par plusieurs étudiants en thèse à l’Université de Rennes 1 (Julien Babault : Babault (2004) ; Sébastien Rohais : Rohais (2007) et étudiants de Master, et donné a lieu à plusieurs publications (Babault et al.,2005,2007;Turowski et al.,2006; Rohais et al.,

2011). Certaines données acquises lors de ces études, ainsi que des résultats non publiés, seront intégrés dans ce manuscrit pour compléter les résultats acquis pendant ce travail de thèse. C’est le second dispositif expérimental développé à Rennes (cf description dans le chapitre II) qui a été déménagé et réinstallé en Mars 2015 à l’Université Toulouse III Paul Sabatier au GET. Nous avons mis à profit cette réinstallation pour y effectuer de nombreuses modifications, l’essentielles de celles-ci ayant pour but d’automatiser les expériences en diminuant la part d’interventions manuelles, et réduire les temps d’expérience. En effet, le dispositif de Rennes, nécessitait une intervention humaine pour arrêter et relancer le soulèvement et la pluviométrie, avant et après chaque numérisation du relief ; et la numérisation elle-même nécessitait une manipulation par l’expérimentateur. La numérisation était effectuée grâce à un appareil de stéréoscopie, celui-ci devant être déplacé manuellement au-dessus des expériences. Pour des topographies complexes, avec un relief important, les nombreux effets de masque impliquaient de très nombreux déplacements de l’appareil et un nombre important de mesures. Les temps de numérisation étaient ainsi au minimum de 15 minutes et pouvaient dépasser une heure dans les cas les plus complexes. De ce fait, pour des expériences où la durée totale d’érosion pouvait être de l’ordre de 20 heures, ce problème de temps de numérisation limitait la possibilité de numériser les reliefs à plus haute fréquence (par exemple toutes les minutes). Enfin, après la mesure elle-même, les temps de calcul pour générer les MNT des expériences était eux-aussi

très importants, au minimum d’un quart d’heure mais pouvant aller jusqu’à plusieurs heures pour une seule surface. Pour ces raisons, des thématiques nécessitant un suivi à haute fréquence de la topographie des expériences comme nous allons le voir dans le chapitre V ne pouvaient être abordés facilement. C’est pour ces raisons que l’ensemble du dispositif a subi plusieurs modifications qui sont détaillées dans la suite de ce chapitre.

III.1.2 Le principe

Le dispositif nouvellement installé à Toulouse utilise le même principe que la grande ma-jorité des dispositifs de modélisation des reliefs, c’est-à-dire, qu’il permet d’observer l’érosion au cours du temps d’un matériau cohésif soumis à des taux de surrection et de précipitation donnés (cf. chapitre II). La principale innovation dans le dispositif installé au GET est que le soulèvement, les précipitations, et la numérisation des topographies, sont désormais contrôlées par un automate programmable. Celui-ci permet de programmer les différents paramètres en tout début de modélisation : valeur de soulèvement, valeur de débit dans chaque buse qui génère le champ de pluie, durée des cycles d’érosion entre deux numérisations du relief, temps de pause entre les cycles d’érosion, et vitesses de numérisation. En mode automatique ces valeurs sont définies en début d’expérience par l’opérateur, qui n’a donc plus à intervenir par la suite. Le dispositif peut ainsi être décomposé en quatre grands ensembles comme on peut le voir sur la figure III.1 :

— Une boite à érosion qui accueille la pâte de silice et permet la simulation de la surrection tectonique,

— Un système de brumisation qui permet de contrôler les précipitations appliquées sur les modèles,

— Un dispositif de numérisation des topographies qui permet de suivre l’évolution au cours du temps des surfaces modélisées,

— Un automate qui permet la gestion des différents paramètres des trois ensembles pré-cédents.

Figure II I.1 – Sc héma récapitulatif du d is p ositif de mo délisation installé au GET. Notez que sur cette représen tation, par soucis de lisibilité, l’armature métallique qui p ermet d’accueillir la b oite à érosion n’a pas été illustrée.

Dans la suite de cette section, nous allons passer en revue les principaux ensembles qui composent ce dispositif et les différentes modifications qui ont été apportées au dispositif de Rennes. Nous présenterons tout d’abord le système de surrection, qui permet de simuler l’effet de la tectonique, puis le système de brumisation qui permet de générer nos différents champs de précipitations, et enfin le dispositif de numérisation. Nous terminerons en présentant le matériau utilisé dans nos modélisations.