Gélifraction des roches humides : approche mathématique - Bertouille, Horace (Géographie physique et Quaternaire)

(untitled) (Les Presses de l’Université de Montréal, 1978)
Les contraintes que le gel développe dans une roche poreuse humide sont de deux espèces : 1) des contraintes d’origine thermique intrinsèquement en régime transitoire; 2) des contraintes dues au gonflement de l’eau humectant la roche lors de l’engel. Ce sont ces contraintes que nous étudions ici à partir d’un modèle mathématique simple : une sphère creuse à l’intérieur de laquelle se développe une pression pi. Lamé (1852) a donné l’équation des contraintes qui apparaissent en un point quelconque de la masse solide en fonction de pi. Par ailleurs, les théories de l’élasticité permettent de déterminer la pression Peq qui se développe dans la cavité au moment de l’engel. Connaissant cette pression, la répartition des contraintes qu’elle provoque dans la matière et la résistance de la roche, on peut déterminer s’il y a ou non fissuration ou éclatement de la roche sphérique. En étendant ce principe aux roches poreuses, il est possible de déterminer un taux critique de porosité au-dessus duquel le gel conduit à la rupture. Mais dans les roches, il faut tenir compte du fait que les canalicules du réseau de porosité débouchant à l’extérieur, il y a extrusion de la glace au moment de l’engel. D’autre part, les roches de la couche superficielle de l’écorce terrestre ayant subi de nombreux cycles de contraintes dues aux variations de température en particulier accusent une certaine fatigue qui diminue leur résistance mécanique.