Aussi solides soient-ils, les roches ne sont pas des matériaux statiques avec des propriétés constantes. Même les petites charges sont suffisantes pour modifier leurs propriétés mécaniques; Leur réaction à la déformation est une perte de rigidité. Les roches qui ont été endommagées de cette manière sont alors moins capables de résister aux charges, telles que la gravité ou les contraintes tectoniques. Ce phénomène est donc pertinent pour comprendre la survenue d'une défaillance matérielle, comme dans les glissements de terrain ou les tremblements de terre.
De tels changements dans les propriétés élastiques sont couramment observés dans les matériaux hétérogènes et granulaires tels que les roches, le béton ou les sédiments. En conséquence, ils jouent un rôle dans la géotechnique ainsi que dans la stabilité des structures artificielles.
Ces effets ont été observés dans des expériences de laboratoire depuis des années en utilisant des méthodes acoustiques. Le développement de l'interférométrie sismique a rendu ces observations possibles dans le domaine en exploitant le soi-disant «bruit sismique».
Une observation clé utilisant ces méthodes est la diminution soudaine de la vitesse des ondes sismiques dans le sous-sol à la suite d'un tremblement de terre (dommages). Cette diminution est suivie d'une ré-augmentation lente, qui peut s'étendre sur plusieurs années (récupération).
Malgré ces études et de nombreuses années de recherche, les origines physiques de ces processus n'ont toujours pas été clairement déterminées. Il est cependant communément convenu que le contraste entre les grains très rigides et les plans de contact de grain largement plus doux, ainsi que les concentrations de contrainte à ces points de contact, sont responsables de ces effets.
Manuel Asnar et une équipe de collaborateurs de la GFZ, de l'Université d'Édimbourg au Royaume-Uni et de l'Université de Lorraine en France, ont réussi à faire une percée dans des expériences de laboratoire menées dans les laboratoires à haute pression de la GFZ. Leur configuration expérimentale leur a permis de mesurer les vitesses des vagues dans un cylindre de grès à 10 centimètres le long de diverses directions de propagation à un degré de précision extrêmement élevé. Les résultats sont publiés dans la revue Communications de la nature.
L'échantillon a été soumis à différents niveaux de stress le long de l'axe du cylindre. Cela a montré que, comme prévu, les effets statiques de la charge fortement influencés les ondes le long de l'axe principal, tout en laissant les ondes le long du diamètre relativement non affectées. Les effets dépendants du temps, cependant, c'est-à-dire les dommages soudains et la guérison longue, ont été constamment observés dans toutes les directions de propagation.
Ces résultats montrent que les effets dépendants du temps ne sont pas causés par des contacts de grains qui sont plus ou moins compressés les uns contre les autres. Au contraire, ces effets peuvent être retracés pour contacter les avions glissant les uns contre les autres, que la charge soit appliquée ou libérée.
Les effets des frottements le long des contacts dans le matériau ont longtemps été suggérés comme étant responsables de ces changements en fonction du temps dans les vitesses des vagues; Mais cette étude de l'anisotropie des changements de vitesse – ce qui signifie, leur dépendance directionnelle – fournit des preuves significatives en faveur de cette interprétation. Sur la base de ces résultats, des modèles peuvent être développés pour mieux décrire et prédire les changements en fonction du temps des propriétés mécaniques dans les roches et les matériaux géotechniques.
