Les écoulements pyroclastiques sont des mélanges à haute température de gaz et de particules volcaniques qui peuvent se propager sur de très grandes distances. Cette forte « mobilité » est souvent attribuée à leur capacité à se fluidiser, c’est-à-dire à générer et conserver une forte pression interstitielle de gaz qui réduit les forces de friction interne. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment les irrégularités des terrains sur lesquelles se propagent les écoulements pyroclastiques peuvent favoriser leur fluidisation. Une première série d’expériences de laboratoire a consisté à générer des écoulements de particules fines (diamètre de 45-90 μm) sur des substrats de différentes rugosités. Les résultats montrent que la distance de parcours des écoulements augmente avec la rugosité, allant jusqu’à doubler par rapport à la distance de parcours sur fond lisse. Des analyses de vidéos haute vitesse et des mesures de pression interstitielle d’air à la base des écoulements montrent que la tête (partie antérieure) des écoulements qui se propagent sur un substrat rugueux s’auto-fluidisent en conséquence de la sédimentation des particules dans les interstices du substrat, chassant l’air qui remonte et percole dans l’écoulement. Ce mécanisme d’auto-fluidisation est efficace pour toutes les inclinaisons étudiées (0-30°), suggérant qu’il est susceptible de se produire tout au long de la mise en place d’un écoulement pyroclastique. Une seconde étude a consisté à faire chuter des lits de particules dans une colonne statique. Les résultats montrent que même pour une hauteur de relâchement relativement faible (20 cm), le mélange peut entièrement s’auto-fluidiser durant sa chute. Quand les particules sont suffisamment fines (<100 μm) la pression interstitielle dans le dépôt diffuse pendant plusieurs secondes, la durée de cette diffusion augmentant avec l’augmentation de l’épaisseur du lit et la diminution de taille des particules. Les temps de diffusions les plus longs sont observés avec un matériau provenant d’un dépôt d’écoulement pyroclastique (~30 s pour des lits de 28.5 cm d’épaisseur). Ces résultats suggèrent que les écoulements pyroclastiques qui se propagent sur des terrains accidentés peuvent s’auto-fluidiser et conserver une faible friction au cours de leur mise en place. / Pyroclastic flows are hot mixtures of gas and particles that can propagate over large distances. This high “mobility” is often attributed to their ability to be fluidized, that is, to generate and retain high gas pore pressure that reduces internal friction forces. The main objective of this thesis is to understand how irregularities of substrates on which pyroclastic flows propagate can enhance their fluidization. A first set of laboratory experiments consisted of the generation of fine-grained flows (diameter of 45-90 μm) on substrate of various roughness. Results show that the flow runout distance increases with the substrate roughness, and is up to twice the runout on a smooth substrate. High speed video analyses and air pore pressure measurements at the flow base show that the flow head propagating over a rough substrate can auto-fluidize because of particles sedimentation into the substrate interstices, which forces the air to escape upward and percolate through the flow. This auto-fluidization mechanism is efficient at all inclinations investigated (0-30°), suggesting that it could occur during the whole emplacement of a pyroclastic flow. A second study consisted of the vertical release of beds of particles in a static column. Results show that the granular mixture can be fully fluidized, even when collapsing from a relatively low height (20 cm). When particles are fine enough (<100 μm), pore pressure in the deposit diffuses for several seconds, the diffusion duration increasing with increasing bed thickness and decreasing particle size. The longest diffusion durations are observed for pyroclastic flow deposit materials (~30 s for 28.5 cm thick beds). These results suggest that pyroclastic flows propagating on irregular terrains can auto-fluidize and preserve low internal friction during their emplacement.

Les structures de déformation pré-lithification s’enregistrent dans les sédiments meubles. Ces structures sont abondantes dans les domaines sous-glaciaires et marins profonds en raison du développement de surpressions de fluide. A partir de cas d’études choisis dans ces deux environnements, leurs implications sur les (1)reconstructions paléoenvironnementales, leurs impacts sur la (2) morphologie glaciaire, et sur les (3) propriétés pétrophysiques ont pu être définis.(1) L’analyse de ces structures de déformation a permis de mieux contraindre les paléoenvironnements sédimentaires. Ces structures de déformation ont été utilisées comme des «proxy » permettant d’estimer les variations de la vitesse d’écoulement, de l’épaisseur de glace, de la production d’eaux de fonte et de la position de la marge glaciaire.(2) Les séries sédimentaires des vallées tunnels ordoviciennes enregistrent la mise en place de nombreuses structures de déformation liées aux surpressions de fluides. L’analyse de ces structures a permis de proposer un nouveau modèle de creusement des vallées tunnels induits par des pressions de fluides élevées. Ce modèle de creusement, lié aux surpressions de fluide, est favorisé dans les zones d’inter ice-stream. A l’inverse, sous les ice-stream, l’écoulement des eaux de fonte se produit à l’interface glace-substrat et favorise d’autres modèles de formation des vallées tunnels.(3) Les processus de remobilisation sédimentaire ont un impact sur les propriétés pétrophysiques des réservoirs sableux. Les études pétrophysiques menées sur des grès déposés en environnements marins profonds et glaciaires ont permis de mettre en évidence l’impact des surpressions de fluides sur les propriétés réservoirs des sables. Les processus de fluidisation sont capable de créer de bons réservoirs, tandisque les processus d’élutriations ont tendance a réduire la porosité/perméabilité. / Soft-sediment deformation structures (SSDs) occur in unconsolidated sediments, during or shortly after deposition. SSDs are abundant in subglacial and deep-marine environments because of the development of fluid overpressure. Case studies of these two sedimentary environments were used (1) to reconstruct palaeoenvironments from SSDS, and (2) to define the impacts of SSDS on glacial morphologies and (3) petrophysical properties.(1) Analyses of strain regimes, deformation mechanisms, and chronologies in SSDs served to improve palaeoenvironmental reconstructions. These structures were used as proxys to estimate variations of ice flow velocities, ice thickness, meltwater production, and position of the ice margin.(2) The sedimentary series of ordovician tunnel valleys record numerous SSDs induced by fluid overpressure. A new model of tunnel valley formation controlled by the increase of porewater pressure in the bed is proposed. This model of formation occurs in inter-ice stream zones, where meltwater is transferred to the substratum. In ice-stream corridors, meltwater circulates at the ice-bed interface and promotes the formation of tunnel valleys controlled by meltwater processes.(3) Remobilisation processes triggered by the increase of fluid pressure have an impact on the granular framework and on the geometry of reservoirs. Petrophysical studies of subglacial and deep-marine sandstones demonstrated the impact of fluid overpressure on reservoir properties. Processes of fluidisation are responsible for the increase in porosity/permeability, while elutriation processes lead to a decrease in these petrophysical properties.