Moyens Expérimentaux
Le Centre des risques géologiques de l'Université de Genève possède deux laboratoires qui fournissent des outils fondamentaux dans la caractérisation et l'enseignement des processus géophysiques. En particulier, nous avons récemment mis en place un laboratoire de caractérisation des particules et un autre de dynamique des fluides géophysiques.
Caractérisation des particules
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sous la responsabilité de Fabrizio Alfano et Costanza Bonadonna
Le laboratoire de caractérisation des particules permet d’effectuer des analyses de granulométrie et de densité d’échantillons collectés sur le terrain. Les analyses granulométriques peuvent être effectuées à la fois par tamisage manuel et par technologie à diffraction laser (CILAS). Le CILAS permet d’effectuer d’une part une analyse granulométrique entre 1000-1 microns et d’autre part une analyse de caractérisation morphologique des particules. Les distributions granulométriques (GSD) sont obtenues à partir de l'analyse des figures de diffraction produites par un faisceau laser traversant une cellule contenant une dispersion de particules dans l'eau. Les GSD sont calculées à en résolvant plus de 5000 figures de diffraction, sous l’hypothèse que les particules ont une forme sphérique. Les analyses morphologique sont possibles, car le CILAS est équipé d'un microscope 10x et d’un appareil photo numérique avec résolution 194x144, 256x192, 384x288 et 768x576, qui permet d’ à effectuer des analyses de la forme de particules dans l'échantillon.
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Figure 1. Cilas.
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Figure 2. Images des particules.
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Les analyses de densité et de vésicularité sont généralement effectués sur 100 échantillons de claste recueillis sur le terrain. La densité est déterminée en utilisant le principe d'Archimède [Houghton et Wilson, 1989]. La vésicularité quant à elle peut être calculée à partir de l'analyse de la densité par la densité de la roche totale et la densité des fragments individuels. Les clastes sont lavés et séchées au four. Chaque claste est pondéré dans l'air, puis enveloppé dans des feuilles de cire Parafilm, immergé dans l'eau (lesté) et pesés à nouveau.
Dynamique des fluides géophysiques
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sous la responsabilité d'Irene Manzella, Laura Pioli, Costanza Bonadonna et Jeremy Phillips
La laboratoire de dynamique des fluides géophysiques est conçu pour l'étude des phénomènes naturels, comme la sédimentation des particules et les écoulements géophysiques.
En particulier:
- Nous élaborons des expériences dédiées à paramétrer le processus de formation des instabilités convectives dans les nuages volcaniques en utilisant un réservoir en plexiglas décrit au lien suivant: Les instabilités convectives dans les panaches volcaniques
- Une chute modélisant la topographie naturelle d’un terrain en pente a été construit pour étudier la différence sur le mécanisme de propagation entre les avalanches de débris volcaniques et des coulées pyroclastiques et les avalanches de roches non-volcaniques par le biais des flux de matériaux granulaires de différentes densités et propriétés.
- Nous menons également des expériences dans lesquelles l'échelle de la dynamique des écoulements diphasiques (eau pure et des mélanges d'eau et de sirop de glucose comme phase liquide et de l'air comme phase gazeuse) sont étudiés dans un canal rectangulaire qui simule les conditions d'ascension du magma pendants les éruptions basaltiques fissurales. Ces expériences sont réalisées en utilisant une gamme de viscosités liquides et flux de gaz variable. Nous allons aussi examiner systématiquement les effets d’interaction avec le paroi et de l'inclinaison de la colonne. Les structures d'écoulement diphasiques seront décrites par: i) observations des vidéo à haute vitesse, ii) mesures de pression, iii) mesures de taux de vide et iv) la fréquence d'oscillation des propriétés d'écoulement.
- Une soufflerie verticale de 4 mètres (voir Figure 4) a également été construite en collaboration avec le “Groupe de compétence en mécanique des fluides et procédés énergétiques” (CMEFE) de l'Ecole d'ingénieurs de Genève pour étudier le règlement et l'agrégation des particules.
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Figure 4. La soufflerie verticale.
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Le laboratoire de dynamique des fluides géophysiques est également utilisé pour l'enseignement des principes de dynamique des fluides pour les étudiants du Master ELSTE Ecole lémanique des sciences de la terre et de l'environnement (orientation Géologie de l'ingénieur, Risques géologiques et géologie environnementale; http://www.geoleman.ch/).
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Figure 5. Les étudiants du Master ELSTE.
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