Fabrice DETREZ


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Domaine de Recherche: ANR MANTLE RHEOLOGY


Collaborateurs: O. Castelnau (PIMM), P. Cordier (UMET), S. Merkel (UMET), P. Raterron (UMET), W. Crichton (ESRF)

La tectonique des plaques génère des risques majeurs pour les sociétés humaines (séismes, éruptions volcaniques, tsunamis, etc.) Elle est largement tributaire de la rhéologie du manteau supérieur terrestre. Le manteau supérieur se situe dans les 410 premiers kilomètres. Les agrégats polycristallins rocheux qui le compose comprenent de l'olivine (60 % du volume) mélangé avec des pyroxènes (30 %) et d'autres phases mineures telles que les grenats, et éventuellement des phases liquides.

Le comportement complexe de ce matériau provient de la forte anisotropie viscoplastique à l'échelle cristalline. De sorte que l'accommodation des déformations plastiques nécessite vraisemblablement l'activation simultanée de plusieurs mécanismes de déformation (glissement des dislocations,  montée des dislocations, fluage diffusion ...). Malgré des décennies de travaux expérimentaux, la rhéologie du manteau  n'est pas bien comprise, pour plusieurs raisons:

  1. jusqu'à présent, les expériences de déformation ne pouvaientt pas atteindre la pression (~ 14 GPa) et de la température (~ 1500K) du manteau;
  2. l'immense influence de la pression sur la mobilité des dislocations nécéssite des extrapolations;
  3. l'extrême faible vitesse de déformation in situ (~ 10-15 s-1) nécessite une approche multi-échelle couplant plusieurs techniques de simulations;
  4. la forte anisotropie locale impose l'utilisation de modèles d'homogénéisation précises, qui n'ont presque jamais été appliqué dans le contexte de minéraux de la Terre profonde.

L'objectif de l'ANR "Mantle Rheology" est de réaliser une modélisation précise de la plasticité du manteau supérieur. L'approche multi-échelle du projet regroupe des données expérimentales sous hautes pressions obtenues sous rayonnement synchrotron et des données provenant de simulation atomiques (calcul ab initio) afin d'enrichir les modèles micromécaniques. Le modèle résultant permettra pour la première fois l'enrichissement des modèles géodynamique pour l'interprétation des données sismiques à partir de la nature même des minéraux constitutifs du manteau. En outre, il permettra d'obtenir les textures cristallographiques en simulant les écoulements plastiques dans une cellule de convection.

Le modèle micromécanique utilisé pour le polycristal est basé sur des méthodes d'homogénéisation en champ moyen (modèle d'auto-cohérente associé à la procédure de linéarisation du "second ordre" de Ponte Castañeda). Cette technique d'homogénéisation est très performante pour le comportement très anisotropes des minéraux. Nous nous interessons plus particulièrement aux mécanismes de monté des dislocations et de diffusion afin de les introduire à l'échelle monocristalline et ainsi observer leurs influences sur la texture.

Principales publications

2011

  • F. Detrez, S. Cantournet, R. Séguéla. Plasticity/damage coupling in semi-crystalline polymers: micromechanisms and damage law identification. Polymer [DOI:10.1016/j.polymer.2011.03.012]

2010

  • F. Detrez, S. Cantournet, R. Séguéla. A constitutive model for semi-crystalline polymer deformation involving lamellar fragmentation. Comptes rendus Mecanique Volume 338, pp 681–687 [DOI: 10.1016/j.crme.2010.10.008]

  • F.R. Baxter, J.S. Bach, F. Detrez, S. Cantournet, L. Corté, M. Cherkaoui, D.N. Ku. Augmentation of bone tunnel healing in anterior cruciate ligament grafts: application of calcium phosphates and other materials. Journal of Tissue Engineering [link]

2009

  • C. Thomas, R. Séguéla, F. Detrez, V. Miri, C. Vanmansart. Plastic deformation of spherulitic semi-crystalline polymers: An in situ AFM study of polybutene under tensile drawing. Polymer 50, pp 3714-3723 [DOI: 10.1016/j.polymer.2009.06.023]

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