Modéliser pour comprendre la Terre

Digiscope est un réseau de plateformes pour la visualisation interactive de grandes quantités de données et de calculs complexes. Installées au sein de l'Université Paris-Saclay, les dix salles de Digiscope sont interconnectées par un réseau de téléprésence permettant la collaboration distante. Les applications visées sont la recherche scientifique, la conception industrielle, l'aide à la décision et la formation. La plateforme: Interaction avec la plate-forme WILDER combinant 75 écrans, un…

Modèle 3D de la surface d’un karst et d'une paroi, grotte de la Madeleine, gorges de l'Ardèche. La paroi est en gris, avec la végétation en vert, et le karst souterrain en orangé. Ce dernier est un relief résultant de l’érosion des roches solubles, comme le calcaire par exemple. Ce modèle a été produit grâce à 250 relevés de terrain par lasergrammétrie. Les scènes de la paroi sont acquises avec un lidar terrestre longue portée, à temps de vol, et celles de la grotte grâce à un lidar terrestre…

Modélisation de la réflexion et de l'interaction des vagues, dans un grand canal hydraulique. Cette expérience porte sur la dynamique littorale. L'échelle est de l'ordre de 1/10e (voire 1/100e selon les conditions considérées) par rapport au littoral naturel.

Interférogramme du site de Landers. Cette simulation montre le déplacement global du sol après un séisme. Chaque frange représente une variation relative de 28 millimètres du sol de part et d'autres des lignes de rupture.

Expérience de modélisation analogique consacrée à l'étude de l'évolution dynamique des reliefs d'une chaîne de montagne. Dans ce bac sont disposées des couches de sable de différentes couleurs, avec lesquelles les chercheurs simulent l'érosion. A l'aide de brumisateurs, ils reproduisent ruissellement, transports de matière, formation de bassins versants et de fleuves... L'objectif de ce type d'expérience est de mieux comprendre les interactions qui existent entre l'activité géologique,…

Zone humide dans la base de recherche scientifique d'Abisko, dans le nord de la Suède, photographiée lors de la cartographie de la végétation des bassins versants de Miellajokka et Stordalen. Les scientifiques ont numérisé des zones représentatives des principaux types de couverture végétale de cette région au climat subarctique et au permafrost discontinu. Dans le cadre du projet ANR Hiperborea, ils utilisent des technologies de modélisation numérique avancée pour simuler l'évolution des…

Dunes longitudinales reproduites expérimentalement dans l'eau, la longueur d'onde est de l'ordre du centimètre. Le modèle est constitué de billes de verre dont le mouvement est impulsé par de l'eau. En modélisant un désert où le vent souffle dans deux directions, des chercheurs ont mis en évidence la dynamique de formation et l'évolution de deux types de dunes : transverses et longitudinales. Ils ont démontré que ces dernières ainsi que les barchanes (dunes formées dans un régime de vent à une…

Dans un canal à houle (36 mètres de longueur) équipé d'un générateur de vagues, les chercheurs étudient, à échelle réduite, la turbulence liée au déferlement des vagues et l'entraînement des particules sédimentaires du fond. Ces travaux permettent l'étude des mécanismes qui contribuent à l'érosion des plages et la mise au point des techniques de lutte contre cette érosion.

Déferlement d’une vague avec entraînement de sédiment, dans le canal à houle du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI). Mise en évidence d’un jet diphasique. Le canal à houle et sédiments du LEGI permet d'étudier les mécanismes qui contribuent à l'érosion des plages ainsi que les techniques de lutte contre cette érosion.

Vue d'ensemble de la plateforme tournante Coriolis pendant une expérience. On peut voir le portique d'instrumentation et la couverture. Le portique est une structure tubulaire supportant le personnel et l'intégralité des instruments de mesures : lasers, profileurs, caméras... Coriolis mesure 13 m de diamètre et c'est la plus grande plateforme tournante au monde dédiée à la mécanique des fluides. Son activité principale est la modélisation expérimentale des écoulements géophysiques, avec prise…

Maquette des fonds marins du détroit de Gibraltar à l'échelle 1/25e sur le plan horizontal, sur la plateforme Coriolis du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (Legi). La topographie est reproduite par impression 3D, et la plateforme tournante simule les mouvements des marées, du vent ou la rotation de la Terre. Situé entre l'Atlantique et la Méditerranée, le détroit de Gibraltar est un laboratoire naturel pour comprendre l'impact de phénomènes localisés sur la circulation…

Modèle numérique de terrain issu du levé LiDAR topo-bathymétrique du lit de la Loire, dans le secteur de Saint-Mathurin-sur-Loire, dans le Maine-et-Loire. Les zones bleues identifient le thalweg, les vertes et jaunes correspondent aux barres sédimentaires (bancs de sables). Les zones de couleur orangées correspondent aux digues et à la plaine d'inondation. La dynamique et la quantification des flux solides des grands cours d'eau sableux ou sablo-graveleux constituent un verrou scientifique à l…

Reproduction d’un courant antarctique circumpolaire pénétrant partiellement dans une cavité, via la représentation simplifiée du relief sous-marin sous un iceshelf, une partie de banquise formée par l'avancée en mer d'un glacier. Cette image a été réalisée dans le cadre d’expériences reproduisant le phénomène d’érosion des grandes plaques de glace qui descendent de l’Antarctique à l’océan, au contact de courants océaniques sous-jacents, cachés à l’observation. Selon leurs résultats, les…

Morcèlement de la couche de vernis-colle reproduisant la banquise durant une expérience pour mesurer en laboratoire la fracturation de la banquise par l’action de vagues. Tous les ans au printemps, sous l’effet des vagues, les bords de la banquise de l’hémisphère nord se fracturent. Des scientifiques cherchent à comprendre les paramètres et les conditions qui provoquent la dislocation de la banquise dans les zones marginales de glace. L’expérience modèle de banquise permet de déterminer le…

Dynamique de courants de gravité, générés par injection contrôlée de fluide salé. Lors de cette expérience menée dans un canal hydraulique, les scientifiques injectent de l'eau salée mêlée à un colorant alimentaire rouge pour la différencier de l'eau douce déjà présente dans la cuve. Ils étudient ainsi la dynamique des courants de gravité, qui sont une reproduction en laboratoire à l'échelle 1/1 000e ou 1/10 000e, de phénomènes naturels tels que les apports sédimentaires au niveau des estuaires…

Modélisation de la réflexion et de l'interaction des vagues, dans un grand canal hydraulique. Cette expérience porte sur la dynamique littorale. L'échelle est de l'ordre de 1/10e (voire 1/100e selon les conditions considérées) par rapport au littoral naturel.

Plateforme tournante Coriolis. Vue globale de la cuve tournante avec le portique d'instrumentation et la couverture. Le portique est une structure tubulaire supportant le personnel et l'intégralité des instruments de mesures : lasers, profileurs, caméras... Coriolis mesure 13 m de diamètre et c'est la plus grande plateforme tournante au monde dédiée à la mécanique des fluides. Son activité principale est la modélisation expérimentale des écoulements géophysiques, avec prise en compte de la…

Déstabilisation d'un lit sédimentaire lors du passage d’une vague, dans le canal à houle du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI). La sonde de mesure est un vélocimètre acoustique profileur (Nortek Vectrino2) qui mesure les trois composantes de la vitesse jusque dans la couche limite de fond. Le canal à houle et sédiments du LEGI permet d'étudier les mécanismes qui contribuent à l'érosion des plages ainsi que les techniques de lutte contre cette érosion.

Numérisation en 3D, grâce à un laser de laboratoire, de la topographie d'un modèle de subduction dans une boîte de plexiglas de 1 m par 1 m par 10 cm remplie de sirop de glucose. Ce matériau visqueux est analogue au manteau convectif terrestre, sur lequel reposent les plaques tectoniques. La boîte représente l’équivalent de 6600 km par 6600 km par 660 km dans la nature et permet de reproduire la dynamique des zones de subduction sur Terre, lorsque les plaques tectoniques convergent et qu'une…

Réalisation d’un modèle expérimental de subduction dans une boîte de plexiglas de 1 m par 1 m par 10 cm remplie de sirop de glucose. Ce matériau visqueux est un analogue du manteau convectif terrestre, sur lequel reposent les plaques tectoniques. Le cube représente l’équivalent de 6600 km par 6600 km par 660 km dans la nature. Sur le sirop sont déposées deux plaques de silicone, un matériau visqueux analogue des plaques (lithosphères) terrestres. La noire représente la plaque plongeante dont la…

Détail d'une zone de subduction dans un modèle expérimental après plusieurs minutes d’expérience. La plaque de silicone noire, un matériau visqueux analogue d’une plaque océanique, s’est enfoncée sous l’effet de son propre poids entraînant le déplacement de la fosse de subduction, à l’interface entre les deux plaques. Les carrés noirs, dessinés initialement à la surface de la plaque chevauchante rose, permettent de visualiser et de quantifier à posteriori la déformation subie par cette dernière…

Modèle numérique 3D du globe terrestre montrant la fusion partielle à la base des plaques tectoniques. Les iso-surfaces en orange montrent les régions où, entre 100 et 300 km de profondeur, la quantité de roches fondues est supérieure à 0,2 %. Un modèle réalisé par des scientifiques du LGL-TPE montre qu’une faible quantité de roches fondues situées sous les plaques tectoniques favorise leur déplacement. Ce modèle prend en compte non seulement la vitesse de propagation des ondes sismiques mais…

Modèle de convection fictive du manteau terrestre en présence de supercontinents. Les flèches représentent les vitesses de déplacement, le bleu représente les continents et le rouge les limites des plaques peu résistantes.

Modèle de convection fictive du manteau terrestre en présence de supercontinents. A gauche, les flèches représentent les vitesses de déplacement, le bleu représente les continents et le rouge les limites des plaques peu résistantes. En profondeur (à droite), plus les couleurs vont vers le rouge, plus la température est élevée, plus les couleurs vont vers le bleu, plus la température est faible.

Vitesse des ondes sismiques à l'intérieur de la Terre. Les zones orangées indiquent une vitesse lente tandis que les zones bleues indiquent une vitesse rapide. Ces variations de vitesse nous renseignent sur la température et la nature des roches à l'intérieur de la Terre. La sphère blanche au centre du globe représente le noyau terrestre. Cette image a été réalisée dans le cadre du projet ANR Global S-wave imaging of the Earth mantle (SEISGLOB), qui étudie le manteau terrestre en utilisant les…

Modélisation des déplacements du sol, observés par ailleurs par interférogrammétrie spatiale, dus au séisme survenu au Cachemire le 8 octobre 2005 (Mw 7,6). La zone observée est de 250 km sur 400.

Expérience de laboratoire pour l'étude de la convection dans le manteau terrestre. La base de la cuve est plus chaude que le haut. Le fluide utilisé est un sirop de glucose, dont la viscosité augmente fortement lorsque la température décroît, de manière analogue aux roches du manteau. Les lignes brillantes sont des isothermes. Des panaches ascendants chauds en forme de champignon apparaissent, formant des "points chauds", source du volcanisme intra-plaque terrestre, tandis que des lames froides…

Modèle réduit de volcan, réalisé à partir d'un mélange de matériaux granulaires, grâce auquel les chercheurs peuvent reproduire certains phénomènes volcaniques. Des données précieuses peuvent ainsi être récupérées pour améliorer les modèles existants.

Canal à houle, avec parois en verre, du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI). Equipé d'un générateur de vagues, il mesure 36 m de long, 0,55 m de large et 1,20 m de haut. L’installation d’une plage constituée de particules plastiques permet de reproduire, à échelle réduite, le déferlement des vagues et l'entraînement des sédiments. L’évolution de profils de plage peut être caractérisée pour différents forçages, typiques de temps calmes ou de tempêtes. Cette…

Projection de vapeur d'eau pour visualiser le chemin emprunté par l'eau de la Méditerranée sur une maquette des fonds marins du détroit de Gibraltar, sur la plateforme Coriolis du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI). La topographie est reproduite par impression 3D, et la plateforme tournante simule les mouvements des marées, du vent ou la rotation de la Terre. Situé entre l'Atlantique et la Méditerranée, le détroit de Gibraltar est un laboratoire naturel pour…