3F

Programme national géré par l'INSU

  • Responsable : Olivier Vidal
  • Comité scientifique : M. Cathelineau, M. Canat, J. Chéry, F. Cornet, E. Deloule, F. Delay, A. Etchecopar, S. Gentier, F. Gueydan, M. Jessel, J. Malavieille, B. Meyer, E. Pili, J. Pironon, F. Renard

La lithosphère terrestre est un objet hétérogène et polyphasé, avec une dynamique forte, qui résulte d'importants déséquilibres thermodynamiques et mécaniques. La déformation et la rupture, mais également l'évolution chimique et minéralogique des roches en réponse à ces déséquilibres, mettent en jeu des processus physiques et chimiques avec des couplages étagés sur des échelles de temps et d'espace pouvant dépasser une dizaine d'ordres de grandeur. Ce couplage existe en particulier au niveau des zones de cisaillement et des failles où se localise la déformation lithosphérique. L'évolution de ces zones est influencée par l'infiltration de fluides qui focalisent les flux de matière et d'énergie au sein de la lithosphère et contrôlent les échanges avec le manteau sous-jacent et les enveloppes externes. Les infiltrations de fluide induisent des variations minéralogiques, chimiques et texturales, qui modifient la rhéologie et la résistance de la lithosphère, et contrôlent également la distribution spatiale et la valorisation des ressources souterraines (e.g. géothermie, stockage et séquestration, métallogénie et hydrocarbures...).

L'étude des interactions entre fluides et solides dans des milieux en déséquilibre thermodynamique et mécanique est donc un sujet d'intérêt avec des enjeux fondamentaux évidents. C'est également un sujet avec des implications socio-économiques fortes dans le domaine des risques et aléas (en particulier sismique) et celui des ressources. Par exemple, les accumulations de métaux, de géo-matériaux et les concentrations de ressources énergétiques sont contrôlées par des processus impliquant le fonctionnement d'une source relayé par un mécanisme efficace de transport (souvent à travers un réseau de fractures), puis de piégeage. La "survie" de la concentration implique des conditions particulières qui ont freiné la fuite ou la dispersion. Ce point trouve des analogies avec l'efficacité requise pour les stockages (gaz, en particulier) qui demande aux formations géologiques de ne pas fuir (intégrité des roches couvertures, étanchéité des fractures en milieu peu perméable...). De telles problématiques doivent combiner des savoir-faire propres aux recherches fondamentales et appliquées. Ce rapprochement entre le monde de la recherche fondamentale et celui de la recherche appliquée est un enjeu important pour le futur. Il répond à des demandes sociétales ou économiques et renforce la recherche fondamentale en valorisant son savoir-faire. Ce rapprochement permet aussi d'avoir accès à des données ou des techniques existantes dans le monde industriel, peu connues ou inaccessibles dans le domaine académique, qui en retour nourrissent la recherche fondamentale.

L'objectif du programme 3F est de favoriser l'émergence de projets nouveaux et ambitieux autour de la thématique générale : déformation, rupture, interactions fluide-roche et transferts au sein de la lithosphère terrestre. Il s'agit d'aider à la formation de réseaux de recherche et au montage de projets interdisciplinaires et inter-laboratoires convaincants, qui seront capables d'obtenir ultérieurement des financements externes dans des actions coordonnées avec le programme.

A la suite du colloque de prospective organisé mi-octobre 2006, différents thèmes ont été identifiés par la communauté, qui seront soutenus par le programme 3F :

I. Le système lithosphère : Couplages multi-échelle dans l'espace et dans le temps

  • Observer la dynamique chimique et mécanique à différentes échelles de temps et d'espace.
  • Comprendre les couplages mécano-chimiques aux différentes échelles, le couplage entre les différentes échelles spatiales et leurs évolutions temporelles.
  • Modéliser l'évolution spatio-temporelle physique et chimique de la lithosphère de l'échelle micrométrique ou à l'échelle continentale.

II. La machine sismique

Les séismes représentent un risque sociétal majeur. Pour cette raison, la compréhension des processus physiques, mécaniques et chimiques qui contrôlent la localisation, la taille et le temps d'occurrence des séismes reste un défi persistant pour la communauté scientifique. Un enjeu majeur est l'étude des phénomènes impliqués dans le comportement sismogène des failles, sur des échelles de temps allant de la rupture sismique (1 s) jusqu'à celle nécessaire pour répéter de nombreux séismes (100 000 ans). Cela nécessite des observations géologiques, géophysiques et géochimiques des zones sismogènes, et leur modélisation.

III. L'identification et l'exploitation des ressources naturelles, les stockages

Comprendre la dynamique chimique "de la source au puit" au sein de la lithosphère, identifier et localiser les géo-matériaux et les concentrations énergétiques pour l'avenir, prédire l'évolution des flux de matière et de chaleur à proximité des sites de stockage/séquestration, d'exploitation (géothermie, hydrocarbures, métaux), acquérir les données manquantes (thermodynamiques, cinétiques et de partage) à toutes les conditions P-T de la lithosphère.