Expérimentation analogique – Laboratoire Magmas et Volcans

Le LMV dispose d’un espace de 100 m² + stockage + salle de contrôle réservés aux expérimentations sur les écoulements volcaniques (écoulements pyroclastiques, avalanches de débris et tsunamis en résultant) et sur les intrusions magmatiques.

Contact : Olivier Roche

1 – Chenal pour écoulements granulaires fluidisés

2 – Chenal pour écoulements granulaires continus

3 – Dispositif pour mesures des contraintes basales des écoulements granulaires

Principales publications

Chédeville C., O. Roche (2014). Autofluidization of pyroclastic flows propagating on rough substrates as shown by laboratory experiments. Journal of Geophysical Research–Solid Earth, 119: 1764–1776.

Roche O. , Y. Niño, A. Mangeney, B. Brand, N. Pollock, G. Valentine (2013). Dynamic pore pressure variations induce substrate erosion by pyroclastic flows. Geology, 41: 1107-1110.

Roche O. (2012). Depositional processes and gas pore pressure in pyroclastic flows: an experimental perspective. Bulletin of Volcanology, 74: 1807-1820.

Contact : Thierry Menand

Afin de comprendre la mécanique et la dynamique des intrusions magmatiques, nous réalisons des expériences analogiques à l’échelle du laboratoire dans lesquelles un fluide (l’analogue magmatique) est injecté dans un solide de gélatine (l’analogue des roches encaissantes) dont nous contrôlons les propriétés mécaniques (modules élastiques, densité, température), la structure (litées ou non, avec ou sans failles pré-éxistantes), et le champs de contraintes ambiant (lithostatique, ou bien soumis à des contraintes compressives ou en tractions). Des fluides différents sont injectés suivant l’étude : de l’air pour simuler des magmas à forte flottabilité, des solutions aqueuses de viscosité diverses pour étudier l’effet de la viscosité du magma, ou bien encore de l’huile végétale dont la température de solidification est supérieure à la température du laboratoire pour étudier les effets du refroidissement et de la solidification des magmas lors de leur écoulement. Les conditions d’injections (pression ou flux constant) sont contrôlées tout au long des expériences. Nous utilisons principalement l’analyse dimensionnelle pour traiter les résultats expérimentaux et en déduire les lois d’échelles qui contrôlent la mécanique et la dynamiques des intrusions magmatiques aux ’échelles géologiques.

Dispositif experimental pour l’étude des dykes et des sills

Exemples de modèles analogiques : propagation d’un sill (vue de dessus) avec refroidissement partiel du fluide injecté (en noir) dans le cas où les effets de solidification sont faibles ou au contraire élevés. Dans les deux cas, le fluide est continuellement injecté à flux constant.

Principales publications

Daniels K. A., MenandT., (2015). An experimental investigation of dyke injection under regional extensional stress. Journal of Geophysical Research – Solid Earth vol.120, p.2014-2035, doi:10.1002/2014JB0110627.

Chanceaux, L., and Menand, T. (2014). Solidification effects on sill formation: An experimental approach. Earth Planet. Sci. Lett., 403, 79-88, doi: 10.1016/j.epsl.2014.06.018.

Le Corvec, N., Menand, T., and Lindsay, J. (2013). Interaction of ascending magma with pre-existing crustal fractures in monogenetic basaltic volcanism: an experimental approach. J. Geophys. Res, doi: 10.1002/jgrb.50142.

Kavanagh, J. L., Menand, T., and Daniels, K. A. (2013). Gelatine as a crustal analogue: Determining elastic properties for modelling magmatic intrusions. Tectonophysics, 582, 101-111, doi: 10.1016/j.tecto.2012.09.032.

Menand, T., Daniels, K. A., and Benghiat, P. (2010). Dyke propagation and sill formation in a compressive tectonic environment. J. Geophys. Res., 115, B08201, doi:10.1029/2009JB006791.

Kavanagh, J. L., Menand, T. and Sparks, R. S. J. (2006). An experimental investigation of sill formation and propagation in layered elastic media. Earth Planet. Sci. Lett. 245, 799–813.

Menand, T. and Tait, S. R. (2002). The propagation of a buoyant liquid-filled fissure from a source under constant pressure: An experimental approach. J. Geophys. Res. 107 (B11), 10.1029/2001JB000589.

Menand, T. and Tait, S. R. (2001). A phenomenological model for precursor volcanic eruptions. Nature, 411, 678–680.

Contact : Raphaël Paris

Dans le cadre du projet ANR RAVEX (leader: Olivier Roche), le LMV s’est doté d’un canal dédié à l’étude de tsunamis générés par les écoulements pyroclastiques. Ce dispositif, unique au monde, a été inauguré en janvier 2019.

Vidéo de présentation du dispositif sur la Chaîne YouTube de l’UCA.

Exemple d’expérience de tsunami généré par un écoulement granulaire fluidisé :

Contact : Oryaëlle Chevrel

Le premier viscosimètre rotatif de terrain a été conçu dans les année 80-90 à l’Université de Lancaster. Ce viscosimètre a été récupéré, restauré et calibré au LMV en 2016. Il a été utilisé pour la première fois depuis 20 ans en nov. 2016 au Kilauea à Hawaii. Les résultats ont été publiés (Chevrel et al. 2018) cependant l’instrument a été mis de coté car il est trop encombrant, technologiquement obsolète et manque de précision.

Une nouvelle version, plus maniable et technologiquement plus avancée a été fabriquée au LMV en 2017-18 (déclaration d’invention déposée en février 2019) grâce au soutient du projet ANR LAVA et aux actions incitatives de l’OPGC. Les premiers tests à haute température ont été faites dans un four à 1170 °C (collaboration association Les arts du feu). Les premières mesures sur le terrain seront réalisées dès que les conditions volcanologiques le permettront.