L’anticlinal de San Corneli qui se situe dans les Pyrénées centrales espagnoles, est une structure plissée et faillée en contexte d’avant-pays de chaînes de montagnes. Cette structure compressive s’est mise en place lors du développement de la ceinture de chevauchement au-dessus de la plaque ibérique au Méso-Cénozoïque. Géométriquement, l’anticlinal de San Corneli correspond à un pli de propagation (8 km x 10 km) développé au-dessus du chevauchement de Boixòls, soit la structure la plus frontale de la nappe de Boixòls. Des structures extensives pré-compression ont été reconnues au sein de l’anticlinal ; il s’agit d’un réseau de failles normales et de fractures précoces ayant joué lors du dépôt de sédiments dans des bassins extensifs au Mésozoïque. Notre problématique de recherche est de développer une méthodologie de modélisation 3D à partir de techniques existantes pour permettre de vérifier l’influence de ces failles normales sur le développement de l’anticlinal de San Corneli et leur effet sur la géométrie particulière de ce pli de propagation. D’autre part, dans cette région le couvert végétal est minimal et l’anticlinal de San Corneli affleure bien, permettant l’acquisition de nombreuses données de surface et facilitant la modélisation de la géométrie du pli. Afin d’avoir une meilleure compréhension des relations qui existent entre la géométrie de formation d’un pli et les failles précoces, la modélisation 3D s’avère indispensable. La méthodologie utilisée consiste, dans un premier temps, en une modélisation inverse 3D. Le modèle géologique volumique est restauré à l’aide du module Restauration 3D proposé par gOcad, basée sur l’équilibrage de coupe. Cette technique permet d’obtenir un modèle paléogéographique 3D, et ainsi d’y déduire l’emplacement et la géométrie des failles normales préexistantes au moment du dépôt des sédiments dans le bassin. Dans le but de tester différentes hypothèses concernant le mode de développement de ce pli-faille nous avons effectué une série de modélisations directes 3D à partir du modèle paléogéographique. La modélisation directe 3D consiste à revenir à l’état actuel de déformation du modèle. Nous avons pu ainsi mieux apprécier la chronologie des évènements qui ont affecté le pli et voir dans quelle mesure les failles précoces ont influencé la formation du pli de San Corneli. En ce sens, nous avons pu faire ressortir que l’orientation des failles préexistantes par rapport à la contrainte régionale compressive avait une importance sur le devenir de ces structures. / The San Corneli anticline located within the Spanish central Pyrenees, is a foreland fault-related fold. This compressive structure developed within the Boixòls thrust sheet during the emplacement of the fold and thrust belt above the Iberian plate during the Meso-Cenozoic. Geometrically, the San Corneli anticline corresponds to a fault propagation fold (8 km by 10 km). Pre-compression extensive structures have been recognized within the anticline. These syntectonic normal faults and fractures were formed during deposition of sediments in the mesozoic rifted basin. The aim of our research is to determine the influence of these normal faults on the development of the San Corneli anticline and their effect on the particular geometry of this fault propagation fold. We used 3D geometrical modeling to gain a better understanding of the relationship between the pre-existing structures and the geometry and kinematics of the fault propagation fold. Furthermore, in this area the vegetative cover is minimal and the San Corneli anticline is very well exposed giving access to numerous field data and facilitating surface modeling of the present geometry of the fold. Our methodology consists, as a first step, in reverse 3D modeling. The geological model volume is restored using the 3D Restoration plugin proposed by gOcad based on cross section balancing. This technique allows to obtain a 3D paleogeographic model, and thus to deduce the location and geometry of preexisting normal faults with depositing sediments in the basin. In order to test different assumptions about the mode of development of this fault propagation fold, we have conducted a series of 3D geometrical models directly from the paleogeographic model. The aim of 3D forward modeling is to revert to the current state of deformation of the model. We were able to better appreciate the chronology of events that have affected the fold and evaluate to what extent the early faults have influenced the kinematics of the San Corneli fold. In this sense, we were able to show that the orientation of pre-existing faults with respect to the regional compressive stress influences the way in which these faults will be reactivated, either in a vertical (reverse) or horizontal sense (strike-slip).

Il est habituellement supposé que les dépôts d'argile marine postglaciaires du Québec sont généralement intacts sous une croûte fracturée (3 à 5 m de profondeur). Cependant, les données de 210 piézomètres ont démontré des variations grandes et rapides des charges hydrauliques à de grandes profondeurs, et un synchronisme entre les piézomètres dans le même nid. Ces comportements ne sont pas compatibles avec les propriétés hydrauliques des argiles intactes, mais sont plutôt les indicateurs de la présence de fractures profondes hydrauliquement actives. Afin de tester l'hypothèse de la présence de fractures, trois indicateurs ont été analysés dans tous les piézomètres du réseau de surveillance du MTQ : 1) une grande variation de la charge hydraulique, 2) une forte corrélation et 3) de faibles décalages temporels. En outre, l'impact potentiel de ces fractures sur l'écoulement des eaux souterraines et la stabilité des pentes est exploré. Pour ce faire, les données de terrain sont comparées à des modèles transitoires et permanents qui présentent et non des fractures. Deux géométries de pente et différents scénarios de fractures ont été considérés. Par la suite, les résultats de la modélisation hydrogéologique ont été importés dans un modèle de stabilité des pentes pour définir l'impact des changements de charge hydraulique causés par les fractures sur la stabilité des pentes. L'analyse des données mettent en évidence des fractures hydrauliquement actives jusqu'à 17 m de profondeur. Les résultats de la simulation démontrent quant à eux que les scénarios avec des fractures représentent mieux les données de terrain. Les fractures augmentent la charge hydraulique quand l'eau pénètre dans les sols à travers les fractures et se diffuse ensuite dans la matrice du sol. De plus, la charge hydraulique est réduite quand l'eau s'écoule à travers les fractures dans la face de la pente. D'un point de vue hydrogéologique, les fractures peuvent par conséquent améliorer ou réduire la stabilité des pentes dépendant du système d'écoulement. Notons que l'impact mécanique des fractures n'a pas été pris en compte. / To date it is usually assumed that post-glacial marine clay deposits of Quebec are generally intact below a fractured crust (3 to 5 m depth). However, data from 210 piezometers have shown large and rapid variations in hydraulic heads at great depths, and synchronism between the piezometers at different depths in the same nest. This behavior is not compatible with the hydraulic properties of intact clays, but rather are signs of the presence of deep hydraulically active fractures. To test the hypothesis of presence of fractures, three signs of hydraulically active fractures were analysed in all piezometers nest of the MTQ monitoring network: 1) large variation in the hydraulic head, 2) high correlation and 3) small time lags. In addition, the potential impact of these fractures on groundwater flow dynamics and slope stability are explored by comparing field data with transient and steady-state groundwater models with and without fractures. Two slope geometries that exhibit contrasting groundwater flows and different fracture scenarios were considered. Then, results of the hydrogeological modelling were imported into a slope stability model to delineate the impact of the hydraulic head changes due to the fractures on slope stability. Analysis of the MTQ monitoring network data shows evidence of hydraulically active fractures below the crust up to 17 m depth. The simulation results show that the scenarios with fractures better represent the field data. Fractures increase the hydraulic head when water enters the soils through the fractures which then dissipates by hydraulic diffusion into the soil matrix, and is reduced when water flows out through the fractures at the slope face. Therefore, depending on the groundwater flow system, from a hydrogeological perspective, fractures could improve or reduce the slope stability. It should be noted that the mechanical impact of the fractures are not considered.

La faille Nord-Anatolienne est une faille décrochante dextre de 1500 km et la frontière de plaque entre l’Anatolie au sud et l’Eurasie au nord. Le mouvement vers l’Ouest de l’Anatolie par rapport à l’Eurasie à une vitesse de 21 mm/an est accommodé par le jeu de cette faille. Durant le 20ième siècle, cette faille a rompu d’est en ouest lors d’une séquence de larges tremblements de terre qui ont eu lieu à intervalles rapprochés. De nombreux géologues ont cherché à mieux comprendre l’histoire récente de cette faille, et plus parti-culièrement son histoire sismique ou paléosismologique. La recherche en paléosismologie consiste à contraindre en utilisant l’enregistrement sédimentaire existant la nature et la distribution des tremblements de terre passés. Dans cette thèse, j’ai effectué 4 investi-gations paléosismologiques le long de la faille Nord-Anatolienne dans des lieux où à chaque tremblement de terre la faille forme des escarpements à contre-pente et constitue un piège à sédiment. En étudiant la composition et la distribution des sols enfouis et ex-posés dans de larges tranchées creusées au travers de ces pièges sédimentaires, on peut identifier des « horizons sismiques » (c’est-à-dire la surface terrestre lors du séisme). En datant par le radiocarbone les matériaux déposés au-dessous (avant) et au-dessus (après) d’un horizon sismique, on peut contraindre à quel moment un paléoséisme a eu lieu. Fi-nalement dans cette thèse, j’ai compilé une base de donnée des chronologies de l’ensemble de paléoséismes documentés sur la faille Nord-Anatolienne. Grâce à cette base de données, j’ai pu déterminer l’occurrence des séismes avec une méthodologie cohérente, et analyser la chronologie obtenue à la fois qualitativement et quantitativement. L’analyse des données révèle que la faille Nord-Anatolienne ne rompt habituellement pas en cascade comme durant le 20ième siècle, et que l’activité de la faille est fortement influencé par les trois principaux régimes tectoniques existant en Turquie. Les variabilités d’activité le long de la faille pourraient résulter de contraintes normales à la faille, qui décroissent d’une façon générale de l’Est vers l’Ouest. Une décroissance des contraintes normales à la faille diminuerait localement le seuil de contrainte requis pour déclencher un séisme. Ceci explique l’observation que le temps de récurrence des séismes est plus court à l’Ouest. A l’Est, les ruptures sont plus variables, et le temps de récurrence est bimodal. Ceci peut être lié à des variations temporelles des contraintes normales à la faille, peut-être induites par le jeu sismique des failles Est-Anatolienne et de la Mer Morte. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il est habituellement supposé que les dépôts d'argile marine postglaciaires du Québec sont généralement intacts sous une croûte fracturée (3 à 5 m de profondeur). Cependant, les données de 210 piézomètres ont démontré des variations grandes et rapides des charges hydrauliques à de grandes profondeurs, et un synchronisme entre les piézomètres dans le même nid. Ces comportements ne sont pas compatibles avec les propriétés hydrauliques des argiles intactes, mais sont plutôt les indicateurs de la présence de fractures profondes hydrauliquement actives. Afin de tester l'hypothèse de la présence de fractures, trois indicateurs ont été analysés dans tous les piézomètres du réseau de surveillance du MTQ : 1) une grande variation de la charge hydraulique, 2) une forte corrélation et 3) de faibles décalages temporels. En outre, l'impact potentiel de ces fractures sur l'écoulement des eaux souterraines et la stabilité des pentes est exploré. Pour ce faire, les données de terrain sont comparées à des modèles transitoires et permanents qui présentent et non des fractures. Deux géométries de pente et différents scénarios de fractures ont été considérés. Par la suite, les résultats de la modélisation hydrogéologique ont été importés dans un modèle de stabilité des pentes pour définir l'impact des changements de charge hydraulique causés par les fractures sur la stabilité des pentes. L'analyse des données mettent en évidence des fractures hydrauliquement actives jusqu'à 17 m de profondeur. Les résultats de la simulation démontrent quant à eux que les scénarios avec des fractures représentent mieux les données de terrain. Les fractures augmentent la charge hydraulique quand l'eau pénètre dans les sols à travers les fractures et se diffuse ensuite dans la matrice du sol. De plus, la charge hydraulique est réduite quand l'eau s'écoule à travers les fractures dans la face de la pente. D'un point de vue hydrogéologique, les fractures peuvent par conséquent améliorer ou réduire la stabilité des pentes dépendant du système d'écoulement. Notons que l'impact mécanique des fractures n'a pas été pris en compte. / To date it is usually assumed that post-glacial marine clay deposits of Quebec are generally intact below a fractured crust (3 to 5 m depth). However, data from 210 piezometers have shown large and rapid variations in hydraulic heads at great depths, and synchronism between the piezometers at different depths in the same nest. This behavior is not compatible with the hydraulic properties of intact clays, but rather are signs of the presence of deep hydraulically active fractures. To test the hypothesis of presence of fractures, three signs of hydraulically active fractures were analysed in all piezometers nest of the MTQ monitoring network: 1) large variation in the hydraulic head, 2) high correlation and 3) small time lags. In addition, the potential impact of these fractures on groundwater flow dynamics and slope stability are explored by comparing field data with transient and steady-state groundwater models with and without fractures. Two slope geometries that exhibit contrasting groundwater flows and different fracture scenarios were considered. Then, results of the hydrogeological modelling were imported into a slope stability model to delineate the impact of the hydraulic head changes due to the fractures on slope stability. Analysis of the MTQ monitoring network data shows evidence of hydraulically active fractures below the crust up to 17 m depth. The simulation results show that the scenarios with fractures better represent the field data. Fractures increase the hydraulic head when water enters the soils through the fractures which then dissipates by hydraulic diffusion into the soil matrix, and is reduced when water flows out through the fractures at the slope face. Therefore, depending on the groundwater flow system, from a hydrogeological perspective, fractures could improve or reduce the slope stability. It should be noted that the mechanical impact of the fractures are not considered.

Titre de l'écran-titre (visionné le 20 novembre 2023) / Dans des conditions de faible contrainte, l'absence de confinement peut causer des chutes de blocs, un type d'instabilité critique des excavations souterraines. Il est essentiel de considérer à la fois le réseau de fractures du massif rocheux et la géométrie de l'ouverture dans les analyses de stabilité. Toutefois, les outils actuels d'analyse de stabilité des instabilités structurales se limitent à des représentations simplifiées de la géométrie des excavations et ne prennent pas en compte les caractéristiques géométriques détaillées ni la distribution spatiale des discontinuités. De ce fait, ces outils ne sont donc pas intégrés aux processus de conception des excavations minières. Ce mémoire développe une approche numérique améliorée pour l'évaluation des aléas de chutes de blocs tétraédriques formés à la surface des ouvertures minières souterraines. Elle considère la complexité du régime structural en implémentant la modélisation de fractures, mieux connu sous le nom de Discrete Fracture Network (DFN). L'approche développée utilise comme intrant une surface triangulée détaillée de l'excavation souterraine avec des dimensions et inclinaisons variables. Elle permet d'intégrer les résultats de l'analyse aux outils de conception assisté par ordinateur (CAO) minière utilisés dans l'industrie. Une analyse détaillée a montré que la simplification excessive de la géométrie de l'excavation peut entraîner une évaluation inadéquate de la formation des blocs rocheux. Une analyse plus approfondie a également permis d'identifier des blocs allongés non critiques pour la stabilité et des blocs potentiellement instables partiellement formés due à un pont rocheux intact à l'apex. La méthodologie développée a été appliquée avec succès à un cas d'étude de chute de bloc au toit d'une excavation minière souterraine de géométrie complexe en contexte minier en opération. / Geological discontinuities have a large impact on the rock mass behavior in underground excavations. Under low-stress conditions, structurally controlled wedge failure is one of the most critical types of rock instability. The stability analysis must integrate both the rock mass fracture network and the geometry of the opening. However, current wedge stability analysis tools do not typically examine the detailed geometrical characteristics of the rock discontinuities and are limited to simplified representations of excavation geometry, not allowing analysis of excavation surfaces with complex geometries. Consequently, these analysis tools are not integrated into the excavation design processes in the mining industry. This thesis reports on the development of a comprehensive and more rational numerical approach to assess wedge formation around underground mine openings. The approach considers the structural rock mass complexity using Discrete Fracture Network (DFN) modelling and the detailed 3D underground excavation profile obtained from surveying. The approach allows for integrating the analysis results into the Computer-Aided Design (CAD) mine design tools used in the industry. A detailed investigation of the 3D profile and shape of the excavation indicated that an oversimplification of the excavation geometry in the stability analysis can result in an inadequate assessment of wedge formation. Further analyses have allowed us to identify elongated wedges that may not be critical from a stability perspective and wedges that were not entirely formed in the DFN model but may still be critical for the stability of the excavation. The developed methodology was successfully applied to estimate wedges' formation around an underground mine excavation.