Plateforme Expérimentation

La Déformation des Roches à Haute Température et Haute Pression

Presse Paterson

Caractéristiques

La presse “Paterson“ (Australian Scientific Instruments) est un autoclave à chauffage interne (T < 1400°C, P < 5000 bar) équipé de 2 modules de déformation (coaxiale et torsion), d'un module de mesure de perméabilité et d'un module de mesure de conductivité électrique des roches à haute température et haute pression. La presse reçoit des échantillons cylindriques de roche de diamètre compris entre 8 et 15 mm et de longueur maximale de 30 mm.

 

Performances en déformation

Une cellule interne de mesure (placée dans l’autoclave, sous pression) mesure en continu et en temps réel la force et/ou le couple appliqué à l’échantillon ainsi que sa déformation.

En déformation coaxiale (aplatissement), la déformation maximale autorisée est de 30% de la longueur initiale de l'échantillon à des taux de déformation compris entre 10-2 s-1 et 10-7 s-1. La cellule de mesure standard possède une résolution de 1 µm en déplacement et une gamme de mesure de la force appliquée allant de 102 à 105 N avec une résolution de 10 N. La cellule de mesure "haute sensibilité"  possède une gamme de mesure comprise entre 1 et 103 N avec une résolution de 0.1 N.

En torsion (cisaillement simple), la déformation maximale autorisée est en théorie infinie. Les taux de déformation appliquables sont compris entre 10-3 s-1 et 10-7 s-1. La résolution angulaire est de 1 µrad. La cellule de mesure standard possède une gamme de mesure comprise entre 1 et 103 N.m avec une résolution de 0.1 N.m. La cellule de mesure "haute sensibilité" a, quant à elle, une gamme de mesure s'étendant de 0.1 N.m à 10 N.m.

 

Mesures de perméabilité

Les mesures de perméabilités peuvent être réalisées à des températures et des pressions de confinement allant jusqu'à 1400°C et 5000 bar. La pression du fluide (généralement eau ou argon) est pour sa part limitée à 3000 bar. Elle est imposée par un volumomètre de 2000 mm3 permettant de mesurer des perméabilités dans la gamme 10-17 - 10-21 m2.

Afin d'étendre la gamme de mesure vers les plus fortes perméabilités (10-14 m2), un nouveau dispositif utilisant des débimètres massiques (Bronkhorst) a été récement installé (2015). La pression fluide maximale est en revanche limitée à 10 bar.

 

Mesures Electriques

voir page dédiée

 

Utilisation

Etudes rhéologiques des roches et suspensions magmatiques, Etudes texturales, Transition Fragile/Ductile, Interactions Failles-Fluides-Flux, Mélanges magmatiques.

Presse de Griggs

Objectifs:

Cet appareil permet de déformer des roches à très haute température (jusqu'à 1600°C) et très haute pression (jusqu'à 3 GPa). Le suivi en continu de la force appliquée sur l'échantillon et de la déformation résultante permet de remonter à ses propriétés rhéologiques.

Principe:

L'échantillon inséré dans un four en graphite est mis en place avec ce dernier dans une matrice de confinement solide (talc, pyrophyllite, sel, nitrure de bore,...). Cet assemblage est placé dans une enclume dont le cœur est en carbure de tungstène. L'enclume est alors mise sous une presse hydraulique munie d'un piston mettant sous contrainte l'ensemble de l'assemblage afin de générer la pression de confinement (principe du piston-cylindre).

Un second piston plus petit passe à travers le premier pour venir appliquer sur l'échantillon une contrainte différentielle axiale permettant de déformer l'échantillon.

Les pressions de confinement et différentielle sont gérées séparément grâce à 2 pompes hydrauliques de haute précision. La déformation de l'échantillon est enregistrée grâce à un ensemble de LVDT.

La première machine et son principe général de fonctionnement ont été décrits pour la première fois par D.J. Griggs en 1967 [1]. Pour la construction de cette machine, de nombreuses adaptations ont été réalisées de manière à répondre spécifiquement aux besoins du projet PLANEX.

La presse a été réalisée par la société Sanchez Technologies (France). Les pressions sur les 2 pistons sont gérées par 2 pompes Stigma (Sanchez Technologies),  l'installation est supervisée par un logiciel développé sous Falcon. La réalisation des enclumes à coeur de carbure de tungstène a été confiée à la société Strecon (Danemark). Le système de chauffe et de régulation de température a été réalisé en interne à l'ISTO.

[1] Griggs, D. J. (1967) Hydrolytic weakening of quartz and other silicates. Geophys. J. 14: 19-31.