Dissertations / Theses: 'Fluide de fracturation'

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Touboul, Eric. "Simulation numérique tridimensionnelle d'un problème de fracturation hydraulique." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1986. http://www.theses.fr/1986ECDL0004.

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Abstract:

On présente ici un modèle numérique de fracturation hydraulique dans un milieu tridimensionnel, base sur un couplage entre : une suite d'états d'équilibre élastique, l'écoulement du fluide à l'intérieur de la fracture, et le phénomène de rupture. Pour l'élasticité, une formulation intégro-variationnelle permet de se ramener à un problème bidimensionnel tout en évitant les singularités classiques. La résolution numérique se fait par éléments finis sur un maillage mobile. On résout d'abord le problème d'équilibre. Les résultats numériques pour l'ouverture et les facteurs d'intensité de contrainte sont en très bon accord avec des solutions analytiques disponibles pour des géométries simples. Puis le couplage et la propagation sont réalisés. Les résultats sont compares a ceux obtenus par des modèles plus simples dans l'industrie pétrolière.

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Crognier, Nemo. "Evolution thermique, circulation de fluide et fracturation associées à la structuration du bassin d’avant-pays sud-pyrénéen." Thesis, Pau, 2016. http://www.theses.fr/2016PAUU3030/document.

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Abstract:

Le bassin de Jaca (Pyrénées espagnoles) est un exemple classique de bassins d’avant pays, où les grandes lignes du remplissage sédimentaire, ainsi que la chronologie des failles ont été très étudiées. Il reste toutefois à mieux comprendre la paléo-hydrologie et l’histoire thermique du bassin, de manière à proposer un modèle de circulation des fluides pendant sa mise en place et sa déformation (Paléocène-Oligocène). Pour ce faire, ce travail propose d’analyser la répartition de la fracturation, d’étudier les conditions de formation des veines syn-tectoniques et de caractériser la maturité de la matière organique sur l’ensemble du paléobassin d’avant-pays de Jaca, des zones internes vers les zones externes.L’analyse pétrographique, géochimique et microthermométrique des veines montre que la grande majorité des fluides minéralisateurs sont à l’équilibre isotopique et thermique avec l’encaissant. Dans le détail, nous avons identifié 2 événements principaux de formation de veines dans la zone interne du bassin (Sierras Interiores), que nous proposons d’associer au fonctionnement des failles majeures dans le socle. Nous suggérons que les fluides circulent le long des niveaux de décollements et sont expulsés sur de courtes distances (< 10 km), au travers des réseaux de fractures, vers le bassin d’avant-pays. Le reste du bassin enregistre principalement des fluides locaux, parfois associés à l’infiltration d’eau météorique. L’analyse des températures d’enfouissement (50°C à 250°C), qui inclut des données de Δ47, montre une organisation N-S relativement homogène depuis les Sierras Interiores (fenêtre à gaz) jusqu’aux Sierras Exteriores (immature), avec des anomalies longitudinales marquées. Les modélisations thermiques 1D sur 9 puits virtuels suggèrent que les températures maximales vers les Sierras Interiores peuvent résulter d’un enfouissement sédimentaire, dont une grande partie est érodée actuellement. Nous proposons que ces parties érodées correspondent à des dépôts tardi-orogéniques conglomératiques déposés à proximité de la zone axiale. Les données suggèrent une répartition non homogène de ces dépôts selon un axe E-W, impliquant des transferts sédimentaires plus complexes qu’habituellement discutés. Au vu de nos résultats et des précédentes études, le modèle paléohydrologique et thermique du bassin de Jaca, et à plus grande échelle, de la chaîne plissée sud-pyrénéenne, est compartimenté à la fois dans l’espace et dans le temps, en lien avec à la propagation latérale et frontale de la déformation, qui contrôle l’ouverture du système. Le modèle paléohydrologique et thermique de la chaîne plissée sud-pyrénéenne constitue donc un potentiel analogue aux chaînes plissées dont le raccourcissement résulte d’une convergence oblique
The Jaca basin (Spanish Pyrenees) is a classical example of a foreland basin, where the sedimentary filling and the calendar of thrust activation have been extensively studied. It remains to understand the paleohydrology and the thermal history of the basin, so as to provide a fluid flow model related to its formation and deformation (Paleoecene-Oligocene). To do this, this work proposes to analyze the distribution of fracturing, to study the conditions of formation of syn-tectonic veins and to characterize the maturity of organic matter throughout the Jaca foreland basin, from hinterland to external areas.Petrographical, geochemical and microthermometric analysis of veins show that the vast majority of mineralizing fluids are at the isotopic and thermal equilibrium with the host-rock. In detail, we identified two main events of vein precipitation in the inner part of the basin (Sierras Interiores), probably related to major basement thrust activations. We suggest that fluids flow along decollement levels and are expelled over short distances (<10 km), through fracture networks towards the foreland basin. The other part of the basin mainly record local fluids, sometimes associated with the infiltration of meteoric water. Analysis of burial temperatures (50 °C to 250 °C), which includes Δ47 data, shows a relatively homogeneous N-S organization from the Sierras Interiores (gas window) to Sierras Exteriores (immature), with strong longitudinal anomalies. Thermal 1D modelling of 9 virtual wells suggest that the maximum temperatures of Sierras Interiores result from sedimentary accumulation, whose a large amount is now eroded. We propose that this eroded thickness corresponds to late-orogenic conglomeratic deposits near the axial zone. The data suggest an inhomogeneous distribution of the deposits along an E-W axis, involving more complex sedimentary transfers than usually discussed. Given our results and previous studies, the paleohydrological and thermal model of the Jaca basin, and on a larger scale, of the South Pyrenean fold and thrust belt, is compartmentalized both in space and in time, in response to the propagation of and oblique deformational front, which controls the opening of the system. The paleohydrological and thermal model of the South Pyrenean fold and thrust belt is therefore a potential analogue to fold and thrust belt including shortening due to an oblique convergence

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André-Mayer, Anne-Sylvie. "Fluides et fracturations dans les gisements de type porphyre et épithermal." Nancy 1, 2000. http://www.theses.fr/2000NAN10176.

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Abstract:

En métallogénie, il est admis depuis longtemps que les fluides sont les principaux vecteurs des métaux et que fluides et déformations sont étroitement associés dans le déroulement des processus minéralisateurs. Ce travail aborde ces deux principaux aspects en environnement porphyre et épithermal où de nombreuses inconnues subsistent en ce qui concerne les processus minéralisateurs, l'origine dès fluides minéralisateurs ainsi que le rôle joué par les drains de cas fluides à savoir les fractures. L'étude des fluides réalisée dans le district épithermal de Shila (SW Pérou) a permis de proposer un modèle de minéralisation pour l'ensemble des gisements du district. Les différences observées dans la nature des fluides et dans leurs propriétés PVT semblent expliquer les différents types et· styles de minéralisation. A Apacheta, l'étude de l'évolution verticale des paramètres physico-chimiques des fluides en parallèle de la minéralisation montre que la différence de minéralisation observée entre les niveaux profonds (Pb-Zn) et plus superficiels (Au-Ag) est lié à un fractionnement des gaz présents dans les fluides lors d'un phénomène d'ébullition. L'étude de la géochimie des fluides (crush-leach) associés à ce type de minéralisation dans différents districts (Shila, Pérou; Baia Mare et Monts Apuseni, Roumanie, Pongkor, Indonésie) montre que ces fluides présentent des chimies comparables quel que soit leur contexte géodynamique. Ces compositions sont également similaires aux fluides associés aux systèmes géothermiques. Des analyses des propriétés de réseaux de fractures ont été réalisé à échelle macroscopique sur des systèmes de veines qu'elle soient minéralisées ou non. Elles ont permis dans un premier temps d'établir une nouvelle méthode pour caractériser des paléocontraintes en tenant compte de l'influence de la présence de fluides. Appliquée sur le réseau de veines de Soultz-sous-Forêts, cette méthode donne des valeurs réalistes de paléocontraintes à l'origine de la réouverture d'un système de veines en présence de fluides. Différentes techniques d'études géométriques et statistiques permettant la caractérisation des propriétés d'un réseau de fractures ont également été appliquées sur le stockwerk minéralisé du porphyre cuprifère de Rosia Poienî (Roumanie). Les hétérogénéités constatées dans les caractéristiques du stockwerk (à l'échelle métrique) semblent se traduire directement pas des variations dans les teneurs en cuivre. La description statistique des propriétés du stockwerk minéralisé semble être un outil prospectif très intéressant. La caractérisation des propriétés hydrauliques des veines constitutives du stockwerk met également en évidence des hétérogénéités à l'échelle de la carrière. Les niveaux les plus profonds et les plus minéralisés sont dominés par des perméabilité de drains et une organisation de veines en clusters. Les niveaux les plus superficiels développent quant à eux de faible perméabilité de fissures, sans drains majeurs entraînant de ce fait une perméabilité pervasive dans la masse
In metallogeny, it is now obvious that fluids are the main vectors of metals and that fluids and deformations are closely associated in the mineralizing processes. This work deals about this two main aspects in the porphyry and epithermal environment. Fluid studies, realised in the epithermal district of Shila (SW Peru), allow to state a mineralizing model at the district scale. The differences observed in the PVT properties of the fluids seem to explain the different types and styles of mineralization. At Apacheta, studies of the vertical evolution of the physico-chemical parameters of the fluids in parallel to the mineralization show that differences, observed between deep levels (Pb-Zn) and shallower levels (AuAg), is directly linked to a fractionation of gases present in fluids during a boiling event. The geochemistry (crush-leach) of the fluids associated to this type of mineralization in various districts (Shila, Pero; Baia Mare and Apuseni Moutains, Romania; Pongkor, Indonesia) are similar whatever their geodynamic context and are comparable with the fluids associated to geothermal systems. Analyses of fracture networks has been realised at macroscopic scale on different (mineralized or not) vein systems. They allow in a first time to establish a new methodology to characterize paleostresses taking into account the influence of the fluid pressure. Applied on the Soultz-sous-Forêts vein system, this method gives realistic paleostress magnitudes linked to the reopening of quartz veins. The mineralized stockwerk of the Rosia Poieni porphyry copper (Apuseni Mts, Romania) has been chosen for a statistical and hydraulic characterization in order to understand how mineralized vein system evolve and grow. A 1D sampling of the stockwerk has been realized on 2000 fractures distributed on five levels of the open pit (910, 940, 1000, 1045 and 1060 ml. Various statistical analyses has been applied and heterogeneities observed in the stockwerk (metric scale) express directly variations in the copper content. Statistical description of the stockwerk properties seems thus to be a very powerful prospective tool. Estimation of hydraulic conductivities developed by veins has been realized and show equally heterogeneities at the quarry scale. The mean permeability developed by all the veins on each profile decrease from the deeper and more mineralized level (910m) to the highest level (1060m). High permeabilities developed on the 910 m profile are linked to the presence of major drains and the clustered organization of veins. The level 1060 m, characterized by numerous and thin veins with a homogeneous spatial repartition, develop a more pervasive permeability

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Khadraoui, Sofiane. "Analyse des impacts environnementaux liés à l'exploitation des réservoirs non conventionnels." Thesis, Pau, 2022. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03969353.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'évaluer les impacts environnementaux liés aux opérations de fracturation hydraulique à travers l'étude des mécanismes d'adsorption des produits chimiques utilisés dans les fluides de fracturation et prédire le devenir de ces additifs injectés dans la roche mère. A travers les résultats obtenus, Il s'avère que la bentonite a un pouvoir très adsorbant du xanthane par rapport aux autres minéraux contenus dans la roche mère. Les trois matrices modèles à savoir la bentonite, la calcite et la kaolinite ont le même pouvoir adsorbant du sp breaker. Il apparaît, aussi, que le xanthane est un produit biodégradable car c'est un biopolymère de fermentation utilisant le xanthomonas campestris, à l'inverse du sp breaker qui est un produit non biodégradable, nécessitant d'autres méthodes de traitement. Ces deux résultats nous ont permis de conclure que la bentonite peut être utilisée comme un adsorbant pour le traitement des eaux de retour afin l'éliminer des deux produits cités précédemment (xanthane et sp breaker) dont les quantités ne sont pas négligeables dans ces eaux (flow back) et qui posent un problème environnemental assez important. Les résultats obtenus à travers l'étude rhéologique ont montré que l'agent gélifiant (xanthane) à tendance à s'épaissir (forte viscosité) quand il est soumis à de faibles contraintes de cisaillement et à se fluidifier (faible viscosité) quand il est soumis à de fortes contraintes de cisaillement. De plus, cet additif présente une viscosité qui augmente avec le temps. Ainsi, les échantillons conservés pendant 24 heures nécessitent plus d'énergie pour être injectés dans le gisement. Le mélange eau-gélifiant se comporte comme un fluide rhéofluidifiant avec l'existence d'une contrainte critique d'écoulement. Cet écoulement n'est observé que lorsque la contrainte de cisaillement appliquée est supérieure à cette valeur critique. Par ailleurs, les essais analytiques, numériques et expérimentaux de fracturation hydraulique réalisés au laboratoire sur un certain nombre d'échantillons cylindriques de PMMA synthétisés nous ont permis de conclure que le débit et la taille des fissures initiales ont plus d'impact que la viscosité sur la pression de rupture. Un accord raisonnable a été obtenu entre les résultats des modèles analytiques et numériques comparés aux données expérimentales (réelles). Comparés aux résultats de l'étude analytique, les résultats de l'étude de simulation numérique sont les plus proches des résultats expérimentaux (réels). Cette bonne corrélation entre les résultats expérimentaux et numériques s'explique par le fait que l'étude analytique ne prend en compte que la profondeur de la fissure, à l'inverse de la simulation numérique, qui prend en considération la forme de la fissure semi-elliptique (demi-longueur et profondeur). Mots clés : schiste, fluide de fracturation roche mère, PMMA
The objective of this work is to evaluate the environmental impacts related to hydraulic fracturing operations by studying the adsorption mechanisms of chemicals additives used in fracturing fluids and to predict the evolution of these additives injected in large quantities into the shale. Based on the results obtained, it appears that bentonite has a high adsorption capacity of xanthan additive compared to other minerals contained in the shale. The three-model matrices bentonite, calcite and kaolinite have the same adsorption capacity of sp breaker additive. It also appears that xanthan is a biodegradable product, unlike sp breaker, which is a non-biodegradable product, requiring other treatment methods other than the biological method. These two results allowed us to conclude that Bentonite can be used as an adsorbent for the treatment of return water for the elimination of the two products (xanthan and sp breaker), both of which are present in significant quantities in the return water (flow back) and present a fairly significant environmental problem. The results obtained by the rheology studies showed that the gelling agent (xanthan) has a high viscosity when applied under low shear stress and a low viscosity when applied under high shear stress. This shear stress tends to increase for the samples conserved for 24 hours and needs more energy to be injected into the shale. The water-gelling agent mixture behaves like a rheofluidifying fluid with a critical flow stress and flow is only observed when the applied shear stress is above this critical value. In addition, analytical, numerical and experimental hydraulic fracturing tests carried out in the laboratory on a number of cylindrical samples of synthesized PMMA showed that the flow rate and the initial crack size has more impact than viscosity on breakdown pressure. A good agreement was obtained between the results of the analytical and numerical models compared to the experimental results. The results of the numerical simulation study are nearly the same as the experimental (real) results compared to the analytical study, because the analytical study only takes into account the depth of the crack, but the numerical simulation, which considers the shape of the semi-elliptical crack (half-length and depth). Key Words: shale, fracturing fluid, source rock, PMMA

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Vandromme, Rosalie. "Approche des mécanismes de l'injection sableuse per descensum." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002979.

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Abstract:

Les affleurements de Bevons, Nyons et Rosans dans le Sud-Est de la France, comme ceux du Numidien (Sicile, Tunisie, Maroc...) ou de la Tourelle (Canada) permettent l'observation de nombreuses injectites sableuses alimentées par des chenaux turbiditiques. Deux types d'injectites sont présents : les sills (horizontaux) et les dykes (verticaux), les dykes étant issus des sills. Leurs processus de mise en place sont, selon les auteurs, per ascensum, post-dépositionnels, et (sans doute le plus souvent) per descensum, contemporains de la mise en place du sable nourricier et objet de la présente étude. L'approche des mécanismes intervenant dans cette fracturation et la modélisation de celle-ci ont notamment pour but de préciser l'évolution de l'étanchéité des matériaux argileux pouvant constituer un site de stockage de déchets. D'un autre point de vue, des injections sableuses étant localisées entre des réservoirs contenant des hydrocarbures, une détermination de leur géométrie est nécessaire pour prédire les circulations potentielles de fluides durant la production. Un modèle géométrique a été établi à partir de ces observations et a permis de faire certaines hypothèses sur les mécanismes à prendre en compte dans les modélisations de cette fracturation et/ou injection. Plusieurs approches sont menées en parallèle : - L'étude de la compaction dans le massif, avant l'injection : pour des concentrations en sable assez élevées (> 35 %), le poids de la colonne de mélange d'injection est supérieure à la contrainte verticale dans la partie superficielle du massif. Cette inversion de densité peut être responsable du fait que l'injection se propage plutôt vers le bas dans le cas des dykes ou le long de discontinuités stratigraphiques (telles que les niveaux de cendres par exemple). Lorsque l'on descend dans les sédiments, la pression dans la colonne de mélange sableux varie linéairement avec la profondeur alors que la contrainte dans les sédiments varie non linéairement (issue d'une courbe de porosité en exponentielle). A partir d'une certaine profondeur, la pression fluide devient inférieure aux contraintes dans la succession sédimentaire : l'injection ne peut pas dépasser cette profondeur. Ainsi, la propagation des dykes est limitée par le poids de son encaissant. - L'utilisation de la fracturation hydraulique comme mécanisme de l'injection : la mécanique des roches et plus précisément les mécanismes d'hydrofracturation ont été testés pour tenter de modéliser ces observations à grande échelle. La force responsable de l'initiation et de la propagation des fractures est la pression due à la mise en place du chenal turbiditique. Le modèle tient compte du fait que l'injection doit soulever les terrains sus-jacents. Les premiers résultats ont permis de montrer que dès qu'une fracture horizontale est initiée, la propagation est rapide. L'ouverture obtenue (épaisseur d'un sill) est décamétrique, soit du même ordre de grandeur que les observations de terrain. - L'utilisation d'un fluide à seuil dans un réseau établi, avec des probabilités cohérentes avec la réalité des phénomènes entrant en jeu, a permis de déterminer les extensions maximales d'injection en accord avec les observations de terrain : - Un sill seul peut se propager sur 2400 m en quelques dizaines d'heures, - Un dyke seul peut descendre jusqu'à 400 m sous le paléofond de mer en quelques secondes, - Un réseau de sills et de dykes connectés (ce réseau étant connecté au chenal par un sill) peut avoir une extension horizontale de 1200 m et verticalement de 400 m, et se mettre en place en quelques heures. La formation des sills est plus longue que celle des dykes, la formation d'un sill seul dure plusieurs heures alors que celle d'un dyke dure quelques secondes. Lorsque les sills et les dykes sont connectés, le temps de propagation du réseau est d'environ 2 heures. Les dykes se forment toujours en quelques secondes et ont un effet sur la propagation des sills qui se propagent deux fois moins loin que s'ils étaient seuls.

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Lefort, Vincent. "Un modèle lattice pour simuler la propagation de fissures sous l’effet d’une injection de fluide dans un milieu hétérogène quasi-fragile." Thesis, Pau, 2016. http://www.theses.fr/2016PAUU3011/document.

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Abstract:

Cette thèse vise à développer un modèle numérique de type lattice permettant de simuler la propagation de fissures sous l’effet d’une injection de fluide dans un milieu hétérogène quasi-fragile. Si la finalité de l'étude concerne l'étude de matrices rocheuses naturelles, dans les différentes parties du manuscrit détaillée ci-après et dans un souci de validation, le modèle a été régulièrement confronté à des résultats expérimentaux obtenus sur des matériaux cimentaires similaires à des roches naturelles en termes de comportements mécaniques et de transport mais présentant des hétérogénéités mieux contrôlées. La première partie du document est dédiée à l'étude du processus de fissuration caractéristique des matériaux quasi-fragiles présentant une zone d'élaboration. Un outil d'analyse statistique basé sur les fonctions de Ripley et permettant d'extraire une longueur caractéristique à partir d'un nuage de points -- lieux d'un endommagement mécanique -- et présenté. Il est ensuite utilisé dans le cadre d'essais numériques et expérimentaux de rupture par flexion 3 points sur des éprouvettes de bétons. Les résultats montrent que le modèle numérique de type lattice est capable de rendre compte à la fois du processus global de fissuration mais également du processus local de fissuration. Par ailleurs, cet outil permet également de montrer l'influence du mode de sollicitation sur le développement de l'endommagement au sein d'une structure. La deuxième partie du document présente une loi de comportement élasto-plastique endommageable représentative du comportement de joints. L'originalité du modèle réside dans le couplage entre l'endommagement sous sollicitation normale et la plasticité sous sollicitation tangentielle. Cette nouvelle loi permet de reproduire correctement des résultats d'essais de cisaillement indirects effectués sur des joints de plâtre séparant des épontes en mortier alors qu'un modèle de Mohr-Coulomb classique ne le permet pas. La troisième partie est dédiée à l'introduction d'un couplage hydromécanique complet dans le modèle lattice utilisé précédemment. Le couplage hydromécanique est introduit au travers du comportement poromécanique du milieu basé sur une description mécanique-hydraulique duale et intrinsèque du modèle lattice. La contrainte totale fait le lien entre la contrainte mécanique du lattice mécanique et la pression de pore du lattice hydraulique au travers du coefficient du Biot du milieu alors que la perméabilité locale pilotant le gradient de pression hydraulique est indexée sur les ouvertures locales de fissures estimées au travers du lattice mécanique. Les résultats obtenus par ce modèle hydro-mécanique dual ont été confrontés à des solutions analytiques données dans la littérature pour des fissures de type "bi-wings", et il est montré que les deux approches sont cohérentes pour une fissure parfaitement rectiligne. Après les différentes étapes de validation du modèle présentées dans les parties précédentes, la quatrième et dernière partie est dédiée à la simulation numérique du couplage hydromécanique sous-jacent à la propagation libre d'une fissure propageant sous l'effet d'une injection de fluide et de son interaction avec un joint rocheux naturel. Les trajets de fissuration, non maillés a priori, et les profils de pression au sein de la matrice poreuse sont obtenus et comparés en fonction de l'inclinaison du joint rocheux. Par ailleurs, le traitement statistique concernant les lieux d'endommagement développé en première partie est repris ici afin de caractériser l'évolution des longueurs de corrélation entre point s'endommageant au cours de la propagation de la fissure et de son interaction avec le joint. Il est montré que le modèle hydromécanique lattice permet de représenter différent mécanismes de ré-initiation de fissure à partir d'un joint suivant son inclinaison
This research study aims at developing a lattice-type numerical model allowing the simulation of crack propagation under fluid injection in a quasi-brittle heterogeneous medium. This numerical tool will be used to get a better understanding of initiation and propagation conditions of cracks in rock materials presenting natural joints where the coupling between mechanical damage and fluid transfer properties are at stake. If the final goal of the study does concern natural rocks, the model has been validated by different comparisons with experimental results obtained on cementitious materials mimicking natural rocks in term of mechanical and transport behaviours but presenting heterogeneities which are better controlled. The first part of the manuscript presents a general state of the art. The second part of the manuscript is dedicated to the study of crack propagation in quasi-brittle materials where a significant fracture process zone is evolving upon failure. Only the solid phase is studied here and a statistical tool based on Ripley’s functions is adapted in order to extract a characteristic length representative of the correlations appearing between a set of point undergoing mechanical damage. This tool is then used in the context of numerical and experimental fracture tests on 3 point bending concrete beams. The results show that the lattice-type numerical model is able to capture the global fracture process – in term of force vs. crack opening mouth displacement – but also the local fracture process – in term of dissipated energy and correlation length evolution between damage points. Moreover, this statistical tool shows how the solicitation mode may influence the development of damage within a structure. The third part presents a new elasto-plastic damage constitutive law for joint modelling. The originality of the model lies in the coupling between mechanical damage under normal strain and plasticity under tangential strain. This new constitutive law is able to reproduce indirect shear experimental tests performed on mortar specimens presenting a plaster joint where a classical Mohr-Coulomb criterion fails. The fourth part is dedicated to the representation of the full hydro-mechanical coupling within the lattice-type numerical model. The hydro-mechanical coupling is introduced through a poromechanical framework based on the intrinsic and dual hydro-mechanical description of the lattice model, which is based on a "hydraulic" Voronoï tessellation and a "mechanical" Delaunay triangulation. The total stress links the mechanical stress and the pore pressure through the Biot coefficient of the medium whereas the local permeability, which drives the hydraulic pressure gradient, depends on the local crack openings. The numerical results are compared with analytical solutions from the literature for "bi-wings" shape cracks and it is shown that both approaches present similar results for a perfect straight crack. Once the lattice-model has been successfully validated within the former parts of the manuscript, its fifth and last part is dedicated to the numerical simulation of the fully hydro-mechanical coupling problem of a free crack propagation due to fluid injection and its interaction with a natural joint in an heterogeneous rock medium. Different crack paths, which are not pre-meshed a priori, and different pressure profiles are obtained and compared for different joint inclinations. Finally, our statistical tool, which has been primarily developed for the analysis of the failure behaviour of the solid phase, is used to characterise the evolution of correlation lengths between points undergoing damage upon the crack propagation and its interaction with a natural joint. It is shown that the hydro-mechanical lattice model is able to represent different mechanism of crack stop and restart from a joint depending on its inclination

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Baujard, Clément. "Modélisation de l'écoulement de deux fluides non miscibles dans des milieux fractures ; application à l'injection d'eau à grande profondeur et à la recherche d'eau douce en milieu côtier." Paris, ENMP, 2005. http://www.theses.fr/2005ENMP1324.

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Ces travaux ont pour but l’interprétation des mesures obtenues sur le site de recherche pour la production d'éléctricité à grande eéhelle grace à la géothermie (soultz-sous-forêts) lors du developpement du réservoir géothermique et des essais de ciruculation. Le contraste de densité entre l'eau douce et froide injectée et les saumures chaudes presentes a 5 km se traduit par des observations de terrain très complexes qui sont ici abordées en considérant ces deux fluides comme deux phases non miscibles. Le code de simulation d'écoulement en milieu fracture fracas, basé sur une approche réseau discret de fractures ou l'écoulement dans la matrice rocheuse est négligé, a été modifié afin de rendre possible la gestion d'un écoulement multiphasique de fluides aux propriétés différentes, dans le but de mettre en valeur d'éventuels phénomènes dûs a la différence de densité des deux fluides et d’évaluer le volume envahi par le fluide injecté lors des essais
This work is focused on interpretation of data obtained on the hot fractured rock geothermal research site of soultz-sous-forêts, during reservoir development and forced circulation tests. The density contrast between fresh cold injected water and hot salted formation fluid implies complex field observations that could be treated by considering the two fluids as immiscible fluids. It was consequently decided to enhance the numerical code fracas, based on a discrete fracture network approach, in order to allow multiphase flows in fractures. The final purpose of this study is to underline eventual density driven flow and to evaluate the invaded reservoir volume during circulation tests

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Sausse, Judith. "Caractérisation et modélisation des écoulements fluides en milieu fissuré : relation avec les altérations hydrothermales et quantification des paléocontraintes." Nancy 1, 1998. http://www.theses.fr/1998NAN10306.

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Abstract:

Dans tous les types de matériaux (roches cristallines, sédimentaires, bétons, céramiques,), la présence de fractures (à toutes échelles) implique une perméabilité généralement élevée et des écoulements fluides orientés. Ces circulations de fluides dans les fractures impliquent des interactions fluide - roche (dissolution cristallisation) plus ou moins intenses en fonction de la nature, des conditions physico-chimiques, et des taux de renouvellement des fluides donc des perméabilités. Ces phénomènes d'altération, qui se traduisent principalement par le colmatage des fractures (altération filonienne) et fissures (plans d'inclusions fluides et veinules, altération pervasive) sont des indices très précieux quant à la description des modalités et intensités des migrations fluides dans les systèmes fossiles. Une étude géométrique des réseaux de fractures aux échelles micro et macroscopique, basée sur la répartition spatiale des minéraux de remplissage des fractures, a été réalisée et appliquée a deux granites différents : le granite de Soultz-Sous-Forêts (Bas-Rhin, France) et le granite du Brézouard (vosges, france). À l'échelle macroscopique, une nouvelle méthodologie d'étude des données de forage (graphes binaires cumules) est présentée dans le cas du granite de Soultz.

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Ndongo, Alexis. "Contexte sédimentologique et tectonique du bassin paléoprotérozoïque de Franceville (Gabon) : structures de surpression fluide, bitumes et minéralisation uranium." Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS068/document.

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Abstract:

La formation des gisements métallogéniques en général et uranifères en particulier, dans les bassins paléoprotérozoïques, dépend de la migration des fluides riches en divers éléments (U, Cu, Fe, etc.). L’objet de cette thèse a été de définir le contexte tectonique, sédimentologique et diagénétique associées aux gisements bitume--‐uranium du bassin de Franceville. L’étude tectonique réalisée met en évidence des failles de transfert N180--‐170, héritées de la tectonique archéenne et des failles normales longitudinales N110--‐120. Ces deux familles de failles compartimentent le bassin de Franceville en plusieurs sous--‐bassins de subsidence variable. Les failles longitudinales N110--‐120° contrôlent la mise en place d’anticlinaux de mur et des synclinaux de toit synsédimentaires (i.e. discordances progressives). Les gisements d’uranium du bassin de Franceville, se localisent au niveau des anticlinaux de mur des failles normales. L’étude sédimentologique du bassin caractérise la distribution spatiale des paléoenvironnements de dépôt. Quatre grands environnements de dépôts sont respectivement mis en évidence : fluviatile (formation FA inferieur), deltaïque (formation FA moyen), tidal (formation FA Supérieur) et marin profond (formation FB). La distribution des facies sédimentaires à la transition FA--‐FB est responsable de la mise en place de barrières de perméabilité. Les barrières de perméabilité sont responsables de l’augmentation de la pression fluide, qui favorise la mise en place des structures de surpression fluide (dykes, stylolites, veines de quartz), au voisinage des anticlinaux de mur contrôlés par les failles normales. Les différences de pression dans le bassin favorisent la migration des fluides uranifères et des hydrocarbures, des zones profondes du bassin vers les anticlinaux de mur. Les structures de fracturation hydraulique vont contrôler la mise en place des bitumes et des minéralisations d’uranium associées
Metallogenic deposits within paleproterozoic basins depend on generation and migration of fluids. The aim of this study is to provide a better understanding of tectonic, sedimentological and diagenetic setting of the uranium deposits in the Franceville basin and to characterize hydraulic fracturing impact on fluid migration processes in sandstone reservoirs.Tectonic study define the N180-170° transfer faults, associated with Archean tectonic and the N110-120° longitudinal normal faults. These two fault directions split the Franceville basin into small sub-basins. The longitudinal normal faults are associated with footwall anticlines and hanging wall synclines. The uranium deposits of Franceville basin are located in footwall anticlines of longitudinal normal faults.Sedimentological analysis allows to describe four depositional environments: Fluvial (lower FA), deltaic (middle FA), tidal (upper FA), and open marine environments (FB). Facies distribution in the FA-FB transition promotes the establishment of permeability barriers. These latter are responsible of the increase in fluid pressure and of the formation of fluid pressure structures (dykes, stylolites, quartz veins), in footwall anticlines of longitudinal normal faults. Increase in fluid pressure allows the migration of uranium-fluids, and hydrocarbon from the deep basin to the footwall anticline. Hydraulic fracturing processes lead the precipitation of uranium mineralization, associated with bitumen, in microfractures

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Eljarray, Abdelali. "Circulations fluides et altérations hydrothermales associées à des dépôts U (As, F) dans le massif de Saint Sylvestre (NW du massif central français)." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL009N.

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Abstract:

Ce travail consacre à l'étude des transferts de l'uranium aux différents stades hydrothermaux dans le massif de saint sylvestre (NW du M. C. F. ), et aux caractéristiques des perturbations d'ordre géochimique, minéralogique et structural qui leur sont associées, a été réalisée grâce à une approche pluridisciplinaire. Il a permis de connaitre: (1) la remobilisation tardive d'uranium hors du gisement et son ampleur; (2) les relations entre les différentes phases d'altération et la minéralisation primaire qui se traduisent par des marqueurs spécifiques et des orientations de réseaux de micro à macro-fracturation; (3) les conditions et la géométrie de développement des différents stades d'altération grâce à l'étude des fluides liées à ces stades. L'étude simultanée des circulations fluides, de la microfissuration et des altérations associées, a permis de: (1) envisager un développement des pièges d'uranium episyenite dans un système de fractures e-w, par un mécanisme de condensation de fluide aqueux type VW dont les caractéristiques sont, une faible salinité (<2% pds eq. Nacl) et une température élevée (350 a 400c); (2) définir les caractéristiques physicochimiques des fluides associes aux stades précoces à tardifs par rapport a la minéralisation uranifère. En effet, les stades précoces, sont caractérises par des fluides aquo-carboniques assez comparables (300 a 350c, salinité comprise entre 6 et 14% pds eq. Nacl) et par différents stades de piégeages de fluides aqueux

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Talebi, Shahriar. "Source et propagation des émissions sismo-acoustiques engendrées par des injections de fluide dans un massif rocheux." Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066306.

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Abstract:

Les propriétés acoustiques du massif granitique de Mayet-de-Montagne sont étudiées sous trois aspects à partir de signaux engendrés par des tirs de dynamite: vitesse, atténuation et polarisation des ondes p et s. L'ensemble des résultats montre que les microglissements sont les principales sources des signaux observés.

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Malvoisin, Benjamin. "Conditions réductrices associées à la serpentinisation : suivi magnétique de l'hydratation de l'olivine de San Carlos, étude de cas naturels et application à la production industrielle d'H2." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENU002/document.

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Abstract:

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction
Slow-spreading ridges are fed by a magmatic input and the exhumation of mantle peridotites. Part of the magmatic heat is evacuated through the hydrothermal circulation which can transport seawater up to the mantle rocks. A RedOx reaction between seawater and the olivine and pyroxene from the peridotite can then take place, producing serpentine, magnetite and hydrogen. This reaction, so-called serpentinization, controls the physical and chemical properties of the oceanic lithosphere and is, thus, considered in geophysical models even if its kinetics are poorly constrained. Therefore, this study focuses on the kinetics of San Carlos olivine hydratation, a simple serpentinization reaction. An experimental method has been developed which allows monitoring magnetically the kinetics of the reaction of interest through the amount of magnetite that it produces. This method provides also an indirect estimate of the hydrogen production when coupled to thermochemical modeling. The influence of initial grain size and temperature on the hydration kinetics has also been investigated. An increase in the serpentinization rate at the beginning of the reaction is explained by the formation of microtextures also observed in natural samples (fractures and etch pits) which contribute to the generation of new reactive surface area. The inferred kinetics of serpentinization are by one to two orders of magnitude lower than the one commonly input in geophysical models. In addition to this experimental study, a natural case of RedOx reaction involving serpentinites has been studied which deals with a decimetre wide reaction zone between serpentinites and marbles from Alpine Corsica. The presence of wollastonite, CaSiO3, is explained on a petrological and thermodynamical basis as related to highly reducing conditions characterized by the presence of H2-rich fluids in this subduction zone environment. These fluids are interpreted as resulting from the conservation of the reducing potential of serpentinites throughout the subduction process

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Rozhko, Alexander. "Rôle des forces de succion sur la fracturation hydraulique." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00179530.

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Abstract:

L'effet mécanique des forces de succion, forces exercées par un fluide qui se déplace dans un milieu poreux, a été étudié dans le cadre de la fracturation hydraulique des roches de la croûte terrestre. Cet effet a été étudié par des méthodes analytiques issues de la mécanique des milieux continus, et par des simulations numériques. Ces forces de succion sont des forces de frottement causées par des gradients de pression fluide dans les milieux poreux. Différents modes de fracturation (bandes de cisaillement localisées, fractures en mode I) causés par une augmentation localisée de la pression fluide dans la croûte ont été reproduits dans un milieu poro-élastique grâce à plusieurs codes numériques spécialement développés à cet effet. La valeur de la pression fluide lors de la nucléation de la fracturation est aussi prédite à l'aide d'une nouvelle solution analytique.
Dans la solution analytique, une cavité elliptique dans un solide poreux est remplie avec un fluide à une pression non-hydrostatique. On considère aussi que le milieu poreux est soumis à un champ de contrainte externe. Puisque la pression du fluide dans la cavité est différente de la pression de pore dans la roche; le couplage poro-élastique est pris en compte dans le calcul des déformations. A partir de la théorie de Griffith qui donne une condition pour la propagation d'une fracture, et en utilisant la solution analytique obtenue, une équation généralisée a été obtenue pour la contrainte effective dans le milieu. Cette nouvelle loi décrit la fracturation dans un milieu poreux saturé avec un fluide, et dans lequel la distribution de pression fluide n'est pas homogène.

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Lespinasse, Marc. "Les trainées d'inclusions fluides : Marqueur microstructural des paléocontraintes et des migrations fluides." Nancy 1, 1990. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1990_0446_LESPINASSE.pdf.

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Abstract:

Ce travail, basé sur l'analyse d'un marqueur microstructural spécifique, les trainées d'inclusions fluides, présente une méthodologie qui permet de caractériser et quantifier les paleomigrations fluides. Les recherches ont porté sur l'analyse de la déformation ductile et rupturelle dans le nw du massif central français et sur la reconstitution des paleomigrations fluides responsables de la propagation des altérations hydrothermales. Cette étude a permis de montrer que les trainées d'inclusions fluides sont des microfissures de mode i qui témoignent des paleodirections de contraintes. L'analyse conjointe de leur géométrie et de la nature de leur remplissage permet d'obtenir des informations sur les différents types de fluides qui ont pu percoler à des époques différentes et/ou selon des drains différents. L'étude structurale des inclusions fluides permet donc de préciser la géométrie des circulations fluides et donne des arguments additionnels au critère de composition pour définir l'évolution temporelle d'un système fluide.

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Branquet, Yannick. "Étude structurale et métallogénique des gisements d'émeraude de Colombie : contribution à l'histoire tectono-sédimentaire de la cordillère orientale de Colombie." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1999_BRANQUET_Y.pdf.

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Abstract:

Les gisements d'émeraude de Colombie, encaissés dans les formations sédimentaires carbonatées et les shales noirs d'âge Crétacé Inférieur, sont disposés en deux zones sur les flancs Ouest et Est de la Cordillère Orientale de Colombie. Dans ces deux zones à émeraude, les interactions fluide-roche et la composition des fluides hydrothermaux sont similaires. Par contre, l 'étude des géométries et des structures des gisements réalisée au cours de cette thèse met en évidence des contrôles structuraux radicalement différents pour les zones occidentale et orientale : les gisements de la zone occidentale tels que Muzo et Coscuez sont des structures compressives formées le long de failles décrochantes, alors que ceux de la zone orientale correspondent à des structures extensives en relation avec un niveau bréchique qui s'est comporté comme un détachement gravitaire de faible extension. Ce niveau bréchique correspond pro parte à la dissolution de formations évaporitiques. L'étude pétro-structurale des veines et des brèches montre que dans les gisements occidentaux l'établissement de fortes pressions fluides a favorisé la propagation de la déformation compressive. Des phénomènes de fluidisation associés à de la fracturation hydraulique se sont alors produits. Des coupes permettent d'intégrer les gisements dans leur contexte tectonique régional. Couplé aux datations absolues qui existaient sur ces gisements, ce travail à l'échelle régional montre que: (1) à la limite Eocène-Oligocène, une chaîne plissée qui implique des rotations horaires de blocs se forme au niveau de la façade Ouest de la cordillère Orientale, (2) les gisements orientaux sont encaissés dans un seul niveau stratigraphique qui contient également des évaporites, (3) ce niveau à émeraude et à évaporite a été déformé et mis à l'affleurement par une déformation andine récente en régime transpressif dextre
The Colombian emerald deposits, hosted in the Lower Cretaceous series, form two zones along the western and eastern flanks of the Eastern Cordillera (western and eastern zones). Within both zones, metallogenic processes, hydrothermal fluid composition and fluid-rock interaction are similar. However, detailed structural mapping and geometric analysis evidenced that structural controls synchonous with the mineralization are drasticaly different from the western to the eastern zone: the western emerald deposits, as the Muzo and Coscuez ones, are characterized by compressive structures formed along tear faults, whereas the eastern emerald deposits, as the Chivor one, present extensional structures branched on a brecciated level which acted as a local detachment, gravity driven. This brecciated level corresponds to an evaporite dissolution residue. Petro-structural studies of veins and breccias show that high fluid pressures enhanced the propagation of the thrusts within the western deposits, where fluidization phenomena and associated hydraulic fracturing occurred. Regional cross-sections coupled with radiometrie datating of the emerald deposits show that : 1) at the time of the Eocene-Oligocene boundary, when the western deposits formed, the western side of the Eastern Cordillera became a fold-and-thrust belt and experienced clockwise bloc rotations, prior to the major uplift of the Cordillera during the Andean phase (middle Miocene) ; 2) on the eastern side of the Cordillera, the emerald deposits are hosted in an unic regional stratigraphic level containing evaporites. The emerald mineralization occurred at the time of the Cretaceous-Tertiary boundary, during a thin-skinned extensional tectonic event. This event predates the Andean major uplift of this eastern part of the Cordillera. In this area, Andean uplift results from right-lateral transpressional tectonics

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Buschaert, Stéphane. "Origine, âge et processus physico-chimiques des circulations de fluides dans les fractures : exemple de socle sous couverture (Vienne) et de formations riches en argiles (Gard, Est)." Nancy 1, 2001. http://www.theses.fr/2001NAN10233.

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Abstract:

L'étude des colmatages minéraux déposés dans les discontinuités lors des circulations de fluides, anciennes à récentes, est l'unique moyen de reconstituer les comportements paléo-hydrologique et -hydrogéochimique des milieux granitiques ou sédimentaires. Le couplage d'outils pétrographiques, minéralogiques, isotopiques et géochimiques a permis de déterminer la source et la nature des fluides, et les processus physico-chimiques à l'origine des colmatages. 3 contextes distincts ont été ciblés dans le cadre des recherches menées par l'ANDRA pour l'implantation d'un laboratoire souterrain (le granite de la Vienne, les siltites du Gard et les argilites de l'Est du bassin de Paris). Ce travail a montré que le traçage isotopique en C et O des minéraux de discontinuités, couplé aux études pétrographiques, minéralogiques, et thermiques obtenues sur les inclusions fluides, sur les matières organiques et sur les argiles, constitue un outil puissant pour reconstituer les conditions paléo-hydrogéologiques, quel que soit le contexte
The study of minerals sealing the discontinuities and the cavities by past to recent fluid circulations is the only method to assess the paleo ?hydrological and -hydrogeochemical behavior of both sedimentary or granitic systems. Petrographic, mineralogic, isotopic and geochemical tools provide the opportunity to identify the source and the nature of sealing-forming waters and to precise the physical and chemical mechanisms occurring during fluid circulations. This study is focused on 3 sites selected in the framework of a survey managed by ANDRA for the feasibility of an underground laboratory (plutonites of Vienne, Cretaceous siltites of Marcoule, argillites in the Eastern part of the Paris basin). Our methodology, based on the combined use of C-O isotopic tracers, petrographic, mineralogical and thermal (fluid inclusion, organic matter, clay typology) studies, is a promising powerful tool to assess the paleo-hydrogeologic behavior in geological systems

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Haji, Sotoudeh Mohammad. "Étude expérimentale et modélisation du couplage hydromécanique de joints rocheux." Lille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LIL10198.

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Abstract:

Les recherches présentées dans ce mémoire concernent l'étude expérimentale et la modélisation du couplage hydromécanique de joints rocheux. Ce travail peut être décomposé en trois parties. La première partie consiste en la présentation du dispositif expérimental conçu et réalisé au sein du laboratoire de mécanique de Lille. Ce montage nous a permis de travailler sur le comportement hydromécanique d'un joint isolé, très ferme et sous sollicitations normales. L'avantage de notre dispositif par rapport aux montages existants est de connaître l'évolution et la distribution de la pression interstitielle dans le joint. La deuxième étape aborde la présentation des résultats expérimentaux sur trois types de joints rocheux : granite, marbre et schiste. Les résultats obtenus ont permis de déterminer : l'évolution de l'épaisseur de joints, les forces appliquées sur les surfaces des joints durant l'écoulement, l'influence de l'écoulement sur l'ouverture du joint et enfin, de présenter un concept de la pression effective plus adapté aux joints rocheux. Dans la troisième étape, nous avons proposé d'une part une modélisation du couplage hydromécanique sous contrainte et pression interstitielle constante, et d'autre part une modélisation du couplage hydromécanique sous contrainte normale et gradient hydraulique. D'après ces modèles nous avons pu mettre en évidence la non-linéarité des courbes de perte de charge hydraulique due à la variation de l'ouverture et la surface en contact.

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Kobchenko, Maya. "Fracturation durant la production interne de fluides dans les roches : application à la migration primaire d'hydrocarbures." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENU035/document.

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Abstract:

Cette thèse presente des travaux et résultats d'expériences de fracturation dont l'origine est une génération interne de fluides induite par des réactions chimiques dans des échantillons de roches et des matériaux analogues. Les deux premiers articles portent sur une expérience avec des échantillons de schistes imagés par tomographie aux rayons X au cours du temps. Le premier article décrit la formation de fractures créées par l'augmentation de pression induite par la décomposition de matière organique lorsque les schistes sont chauffés. Le deuxième article porte sur la procédure expérimentale et l'analyse d'images, utilisées pour obtenir les résultats du premier article. Les deux autres articles concernent la fracturation d'une couche de gélatine contenant de la levure et du sucre, ce qui génère du CO2. Le troisième article décrit le mécanisme de formation d'un réseau de fractures au cours du drainage du CO2 contenu dans la gélatine. Le quatrième article concerne l'évolution du réseau de fractures au cours de ce drainage, ainsi que les mécanismes d'ouverture et fermeture des fractures. Le dernier article porte sur une étude par tomographie aux rayons X de la distribution de porosité d'échantillons endommagés d'andésite. Les méthodes développées dans ce projet peuvent s'appliquer à la déshydratation de sédiments, la formation de volcans de boue, l'exploration d'hydrates de méthane, la séquestration de CO2 et la fracturation de réservoirs non conventionnels
This thesis presents the experimental work and the results on fracturing of rock samples and analogue materials due to internal fluid generation during chemical reaction. The first two papers concentrate on time-resolved 3D X-ray imaging experiment on organic-rich shale samples. Paper 1 describes fracture formation due to hydrocarbon generation in the shale induced by organic matter decomposition during heating. Paper 2 gives an overview of the experimental procedure and image analysis workflow, which were used to obtain results presented in the first paper. The other two papers are focused on fracturing of gelatin mixed with yeast and sugar, which generates CO2. Paper 3 describes the mechanism of fracture network formation during draining of CO2 out of a gelatine layer. Paper 4 focuses on the temporal evolution of the drainage network and the mechanism of fracture opening and closing. The last paper presents a study in which X-ray microtomography was used to characterize porosity distribution in weathered andesite samples. The scientific methods developed in this project have potential application in studying dehydration of sediments, formation of mud volcanoes, methane hydrate exploration and assessment, geological sequestration of carbon dioxide CO2 and hydraulic fracturing of unconventional reservoirs

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Larmier, Salomé. "Génération de fluides, migration et fracturation au sein des roches mères : cas de la formation de la Vaca Muerta, bassin de Neuquén, Argentine." Thesis, Le Mans, 2020. http://cyberdoc-int.univ-lemans.fr/Theses/2020/2020LEMA1009.pdf.

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Abstract:

Les fractures hydrauliques naturelles engendrées par des phénomènes de surpression de fluide sont courantes dans les roches mères. Elles se matérialisent généralement par des veines de calcite plus communément appelées « beef ». L’étude de ces veines permet de mieux contraindre l’'histoire tectonique et thermique du bassin. De plus, la compréhension de leur répartition spatiale est un paramètre clef pour l’exploitation pétrolière non-conventionnelle, les beef jouant sur le développement de la fracturation hydraulique induite. Ce travail présente une approche multidisciplinaire dans le domaine des géosciences pour contraindre au mieux le timing, la répartition, la morphologie et l’origine des fluides alimentant les beef. Le cas d’étude porte sur les beef de la formation de la Vaca Muerta, bassin de Neuquén, Argentine. Les résultats des études effectuées sur des carottes sédimentaires et des affleurements de terrain ont montrés que les hétérogénéités sédimentaires, les valeurs de TOC élevées, la maturité de la roche et les contraintes tectoniques compressives contrôlaient la fréquence ainsi que l’épaisseur des beef. Ainsi, ils deviennent des marqueurs de la maturité de la roche. Les beef présentent une morphologie 3D variant en fonction de la composition de la roche encaissante. Des observations pétrographiques ont permis de démontrer qu’ils enregistrent les déformation tectoniques contemporaines et postérieures de leur ouverture. Les fluides alimentant ces fractures évoluent au cours du temps et évoluent localement en fonction de la composition minéralogique de la roche encaissante et de la température. Pour conclure, les beef se mettent en place mécaniquement par l’action des pressions de fluides et / ou de la contrainte tectonique compressive, au maximum de l’enfouissement et au début de l’exhumation du bassin
Natural hydraulic fractures caused by fluid overpressure phenomena are common in source rocks. They generally materialize in calcite veins more commonly known as "beef". The study of these veins makes it possible to better constrain the tectonic and thermal history of the basin. Moreover, understanding their spatial distribution is a key parameter for unconventional oil exploitation, as the beef plays an important role on the development of induced hydraulic fracturing. This work presents a multidisciplinary approach in the field of geosciences to constrain the timing, distribution, morphology and origin of the fluid feeding the beef. The case study is from the Vaca Muerta formation, Neuquén basin, Argentina. The results of studies carried out on sediment cores and outcrops showed that sedimentary heterogeneities, high TOC values, rock maturity and compressive tectonic stresses controlled the frequency and thickness of the beef. Thus, they become markers of rock maturity. Beefs have a 3D morphology that varies according to the surrounding rock. Petrographic observations have shown that they record the contemporary and posterior deformation of their opening. The fluids that feed these fractures evolve over time and change locally according to the mineralogical composition of the surrounding rock and temperature. To conclude, the beefs are mechanically set in place by the action of fluid pressure and/or compressive tectonic stress, at the maximum burial and at the beginning of the exhumation of the basin

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Zanella, Alain. "Surpression de fluides et fracturation de roches mères en différents contextes tectoniques : modélisation analogique et exemples de terrain." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00980281.

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Abstract:

L'étude des surpressions de fluide et de fracturation hydraulique des roches mères peut nous renseigner sur les mécanismes de génération qui en sont à l'origine. Ces dernières années, l'intérêt pour ces phénomènes s'est largement accru, notamment sous l'influence des sociétés pétrolières qui exploitent les ressources non-conventionnelles au cœur des problèmes énergétiques actuels. Dans ce travail de thèse, nous avons choisi deux approches différentes pour l'étude de ces mécanismes : (1) des exemples de cas géologiques naturels, et (2) le développement de la modélisation analogique. Ainsi, nous montrons que ces phénomènes sont très répandus au sein des bassins sédimentaires et que leurs manifestations s'expriment notamment par la génération de veines fibreuses parallèles à la stratification de la roche (beef), mais également par la formation de veines d'hydrocarbures solides (bitume). Nous démontrons également que les surpressions de fluides peuvent profondément changer le style de déformation d'un bassin sédimentaire par la génération de niveaux de décollement localisés au sein même des roches mères. Enfin, à l'aide de la modélisation analogique, nous avons pu identifier les mécanismes à l'origine des surpressions de fluide et de la fracturation hydraulique. En effet, lors de la génération d'hydrocarbures la transformation de solide à liquide de la matière organique conduit à la compaction chimique des sédiments. Par un mécanisme de transfert de charge lors de ce processus, ainsi que par l'accroissement de volume associé, des surpressions de fluides se développent et atteignent des pressions lithostatiques, capables de fracturer hydrauliquement les roches.

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Salardon, Roland. "Fracturation, interactions fluides-roches et circulations fluides dans un bassin en hyper-extension puis lors de son inversion : Exemple des séries mésozoïques de la Zone Nord Pyrénéenne (Chainons Béarnais, France)." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0342/document.

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Abstract:

Les interactions entre la fracturation, les circulations fluides et la chimie des fluides au sein de marges hyper-étendues sont encore peu décrites et sont pour la plupart localisées en mer, enfouies sous des sédiments post-rift. Le bassin sud Aquitain et la partie nord des Pyrénées constituent un cas d’étude approprié pour l’investigation de ces interactions dans un modèle de marge hyper-étendue avec exhumation du manteau durant le Crétacé inférieur puis inversée. Les données de terrain ont permis de décrire trois principaux sets de fractures. Ils ont été corrélés aux principaux événements de l’évolution géodynamique du bassin correspondant au rifting triasique, à l’hyper-extension datée Aptien-Cénomanien, et à la compression pyrénéenne. Les observations pétrographiques, les analyses Raman et microthermométriques sur les inclusions fluides, les données acquises par ICP-MS, et les analyses isotopiques ont permis de déterminer les chimies, les températures, les conditions rédox, les compositions des gaz, les signatures isotopiques de l’oxygène et du carbone, et les teneurs en terres rares des fluides parents pour les ciments précipités durant chaque épisode. Ces données ont permis le calage temporel des évènements diagénétiques majeurs. En particulier, la dolomie baroque et la chlorite ont précipité dans les fractures du set 2 durant l’hyper-extension correspondant au pic thermique à des températures supérieures à 300°C. La signature isotopique, la forte teneur en CO2, l’occurrence de H2S et les fortes salinités des fluides parents suggèrent la percolation de fluides mantelliques ascendants au travers des évaporites triasiques. La phase fin et post hyper-extension est caractérisée par de la bréchification hydraulique dans les formations les plus poreuses, une baisse des températures et des salinités, une baisse de la contribution mantellique dans les fluides parents, une fermeture du système diagénétique au cours de l’enfouissement et un passage à des conditions réductrices durant la précipitation du quartz, de la pyrite et de la calcite. La phase de compression pyrénéenne associée au troisième stade de fracturation a induit une réouverture du système diagénétique et favorisé le retour à des conditions oxydantes et à des infiltrations de fluides météoriques
Interactions between fracturing, fluid circulations and fluid chemistry on hyper-extended margins is still poorly described as most of them are located offshore, buried underneath post-rift sediments. The southern Aquitaine basin and the northern Pyrenees constitute an appropriate case study to investigate these interactions since a model of hyper extended margin with mantle exhumation during the Lower Cretaceous subsequently inverted was recently proposed. From a field study, we here describe three main sets of fractures (set 1 to set 3). They are correlated with main stages of the geodynamic evolution of the basin corresponding to the Liassic rifting, the Aptian-Cenomanian hyper-extension, and the Pyrenean compression. Petrographic observations, Raman and micro-thermometry analysis on fluid inclusions, ICP-MS, and isotope analysis permitted to determine chemistries, temperatures, redox conditions, gas compositions, oxygen and carbon isotopic signatures, and REE contents of parent fluids for cements precipitated during each episode. In particular saddle dolomite and chlorite precipitated in set 2 fractures during the hyper-extension corresponding to the thermal peak at temperatures higher than 300°C. The isotopic signature, the high CO2 content, the occurrence of H2S and the high salinity of parent fluids suggest ascending mantle fluids percolating across Triassic evaporites. The late and post hyper-extensional phase is characterized by hydraulic brecciation in porous formations, a decrease in temperature and salinity, a decrease in mantle contribution in parent fluids, a closing of the diagenetic system during burial and a switch to reducing conditions during the precipitation of quartz, pyrite and calcite. The Pyrenean compressive phase associated with the third fracturing stage induced a reopening of the diagenetic system and favored a return to oxidizing conditions and infiltrations of meteoric fluids

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Sauvage, Anne Charline. "Rôle des fluides dans la fracturation des bassins sédimentaires et mécanismes de failles-valve : exemple des minéralisations barytiques de la Ride de Lodève (Hérault, France)." ENSMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP0891.

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Faivre, Maxime. "Modélisation du comportement hydrogéomécanique d’un réseau de failles sous l’effet des variations de l’état de contrainte." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0080/document.

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Abstract:

Nous présentons dans ce mémoire l'influence que peuvent avoir les écoulements de fluide au sein de la matrice rocheuse fracturée, laquelle est sujette aux variations locales ou régionales de l'état de contrainte in situ. Du fait de l'augmentation de la pression de pore, la longueur et l'ouverture de la (les) fracture(s) peuvent subir des variations significatives et conduire à la formation de chemins préférentiels pour l'écoulement du fluide dans le milieu géologique. Les modèles théorique et numérique évoqués ici sont des modèles de comportement hydro-mécanique pour le milieu poreux saturé en présence d'une seule phase fluide. La méthode des éléments finis étendue (XFEM) est utilisée afin de modéliser la dynamique des fractures ainsi que les écoulements de fluide dans la matrice rocheuse fracturée, sans être tributaire de la dépendance au maillage. Ainsi, nous considérons: (i) qu'il existe une pression fluide induite par l'écoulement au sein de la fracture, (ii) que la dynamique de la fracture est gérée grâce à un modèle de zone cohésive en supposant un chemin de propagation prédéfini, et (iii) que des échanges entre la fracture et la matrice poreuse peuvent se produire. Ce dernier aspect sera pris en compte en introduisant, dans la formulation du problème couplé, un champ de multiplicateur de Lagrange. Ce champ résulte de la dualisation de la condition d'égalité entre la pression de pore et de la pression de fluide au niveau des parois de la fracture. Afin de respecter les contraintes liées à XFEM, nous avons choisi d'introduire dans la formulation une loi cohésive non-régularisée de type Talon-Curnier. Ce type de loi est capable de gérer la propagation et/ou la refermeture de la fracture. Le modèle HM-XFEM a été validé à partir des solutions analytiques du modèle 2D de fracture KGD, et ce, pour différents régimes de propagation. Nous avons ensuite appliqué le modèle HM-XFEM au cas d'un réseau de fractures non connectées entre elles et évoluant sur des chemins de propagation prédéfinis, afin d'analyser comment les fractures d'un réseau peuvent influer les unes sur les autres lorsqu'elles sont soumises à un écoulement. En particulier, une étude paramétrique a été menée afin de montrer l'influence que peuvent avoir la viscosité, le débit d'injection et l'écartement entre les fractures sur leur propagation. Une attention particulière sera porté à l'évolution du stress-shadowing effect (i.e. modification de l'état de contrainte due à l'effet d'interaction entre les fractures)
In the present work, we address the issue of groundwater flow in the fractured porous media submitted to local or regional stress-state variations. Due to the increasing pore fluid pressure, the length and aperture distribution of the fractures are modified resulting in the formation of preferential flow channels within the geological formation. The numerical approach proposed is a fully coupled hydro-poro-mechanical model in saturated conditions involving single-phase flow both in fractures and in the porous matrix. The extended finite element method (XFEM) is employed for modeling fracture dynamics and flow calculation for fracture which do not lie on the mesh but cross through the elements. In this study: (i) we consider the pressure build up generated by fluid flow inside and through the fracture, (ii) the fracture dynamics by using a cohesive zone model (CZM) on pre-existing propagation path and (iii) fluid exchanges may occur in between fractures and porous medium. The last specification of the HM-XFEM model is taken into account through the introduction of a Lagrange multiplier field along the fracture path. These fields are the result of the dualised condition of pressure continuity between the pore pressure and the fluid pressure inside the fracture. As a function of the Lagrange multiplier value, both permeable and impervious fractures can be considered. The cohesive law employed is a non-regularized-type cohesive law to ensure propagation and eventually closure of the fracture. Validation of the model has been conducted by means of the well-known KGD fracture model when different propagation regimes are considered. We applied the HM-XFEM model to the case of multi-stage fracture network stimulated by the injection of incompressible fluid at constant rate. Fractures are not connected to each other and evolve on pre-existing propagation paths. We aim at appreciating the influence of the fluid viscosity, the injection rate and spacing between each fracture, on the fracture propagation. A peculiar attention is paid to the stress-shadowing effect (i.e. interaction between fractures)

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Constantin, Joël. "Fracturation et paléocirculations de fluides dans les formations géologiques de faible perméabilité matricielle : le cas des argilités de Tournemire (Aveyron, France)." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112017.

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Abstract:

Les formations géologiques argileuses présentent des propriétés potentiellement favorables pour le confinement des déchets radioactifs de haute activité et à vie longue (faible perméabilité et rétention des radioéléments). Mais ces propriétés peuvent être altérées par la présence de discontinuités dans le milieu. C'est pourquoi, la caractérisation des modalités de transferts de fluide associées à la fracturation s'est avérée nécessaire dans le cadre du programme de recherche Tournemire, lancé par l'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire (IPSN), dont l'objet d'étude est une épaisse série d'argilites d'âge Toarcien, localisée sur la commune de Tournemire (Aveyron, France). Dans un premier temps, la chronologie de la déformation du secteur de Tournemire a été mise en évidence par l'analyse microtectonique et microstructurale. Les principales étapes de la construction et de l'évolution du réseau de fractures affectant les argilites ont ainsi été reconstituées. L'analyse microstructurale des remplissages des fractures a révélé que celles ci ont été étanches, perméables ou encore semi-perméables au cours des différents événements tectoniques. On met en évidence que ces divers états hydrauliques sont fonction de la nature et de l'architecture des zones déformées en relation avec les modifications pétrophysiques des argilites, dans les zones centrales et les zones de dommage des fractures. Les mécanismes qui contrôlent les variations de perméabilité au sein des zones de fractures sont discutés et certains paramètres, comme les magnitudes de différentiel de contraintes, ont été estimés grâce à l'analyse des macles des cristaux de calcite contenus dans les zones centrales des fractures. L'analyse du maclage a apporté en outre des informations complémentaires concernant les contextes de déformation et le développement du réseau de fractures
Deep argillaceous formations have physical properties likely to favour the long-term radioactive waste disposal (very low intrinsic permeability, radioactive element retention). But, these properties may be changed by the existence of discontinuities in the host medium. It's why, the characterization of the processes of fluid migrations associated with the fracturing was necessary within the experimental research program, launched by the Institute for Nuclear Safety and Protection (IPSN), which study a thick Toarcian formation composed of claystones (argillites) located on the Tournemire area (Aveyron, France). In the first step, the microtectonic and kinematic analysis provided the chronology of deformation with the main steps of the setting and the evolution of the tectonic fractures network. The microstructural analysis of the filling fractures showed fractures was alternatively, during the tectonic events, tight, permeable or semipermeable (or semi-tight). These "hydraulic states" were controlled by the nature and architecture of the structures of deformation and by the petrophysics properties variations of the argillites in the core zone and damage zone of the fractures. Mechanisms involved in the permeability variations in the fractures were argued and some parameters, as the magnitudes of differential stress, were estimated by the dynamic analysis of the twinning of calcite crystals contained in the core zone of fractures. Besides, the twinning analysis provided several data about the contexts of deformation and the development of the fractures network in the argillites

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Cavailhes, Thibault. "Architecture et propriétés pétrophysiques des zones de faille dans une série gréso-pélitique turbiditique profondément enfouie : rôle de la déformation et des intéractions fluides-roches : exemple des grès d'Annot (France)." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20270.

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Abstract:

Les zones de failles constituent des discontinuités majeures dans la croûte supérieure. Ce mémoire s'intéresse aux failles actives à des profondeurs de 5-8 km, i.e. dans des conditions pouvant jouer un rôle important (i) sur le comportement mécanique de de la croûte, en particulier sur son potentiel sismogénique et (ii) sur la compartimentation des réservoirs géologiques profondément enfouis. Les failles étudiées sont des failles normales (rejet jusqu'à 50 mètres) affectant des alternances de bancs de grès arkosiques et de pélites dans les Grès d'Annot, une formation turbiditique d'âge priabonien-rupélien du bassin d'avant-chaine alpin. Les Grès d'Annot ont été enfouis sous les nappes de l'Embrunais-Ubaye peu de temps après leur dépôt et exhumés au Miocène moyen-supérieur. L'étude a été réalisée dans deux secteurs des Alpes de Haute-Provence, (1) le secteur de l'Estrop (chaine des Trois Evéchés, dans la partie occidentale du bassin) et (2) le secteur de Point Vert-Restefond (alentours du col de la Bonette, dans la partie orientale du bassin). La réflectance de la vitrinite dans les Grès d'Annot indique des températures maximales de 160-190°C dans le secteur (1) et de 240-260 °C dans le secteur (2) , soit des profondeurs d'enfouissement de 5-6 km et 8-10 km, respectivement, dans l'hypothèse d'un gradient géothermique moyen de 25-30°C/km. A partir des observations microstructurales, de données d'inclusions de fluides, de modélisations thermodynamiques sur chlorites syncinématiques et des indices de cristallinité de l'illite, on a établi que les failles du secteur (1) ont fonctionné à une température d'environ 200°C pour une pression de 0.6Kbar et celles du secteur (2) dans une gamme de température de 200-220°C et de pression comprise entre 0.6 et 1.1 Kba. L'activité de la faille de Point-Vert a été datée par la méthode 40Ar/39Ar au Miocène inférieur (21 Ma). Ces failles sont interprétées comme associées aux premiers stades du soulèvement résultant de l'activité des chevauchements dans le socle sous-jacent. Deux types principaux de roches de failles caractérisent les failles étudiées. Les brèches dilatantes sont majoritaires dans les zones de failles du secteur (1) alors que les arkoses foliées sont majoritaires dans les zones de failles du secteur (2). Les brèches dilatantes témoignent de mécanismes de déformation dominés par la fracturation transgranulaire et la pression-solution des silicates. Ce dernier mécanisme se manifeste principalement par d'abondantes précipitations cycliques de quartz, les stylolites restant peu développés. Les géométries structurales sont associées à l'activation de plans T de Riedel déterminant l'ouvertures de relais extensifs et un régime localement dilatant. Nous associons ce type de roche de faille à une faible pression effective au cours de la déformation. La déformation cisaillante exprimée dans les arkoses foliées témoigne de mécanismes de déformation dominés par (i) la fracturation intragranulaire et transgranulaire, (ii) la pression-solution/précipitation des silicates, principalement le quartz, (iii) la néoformation de micas blancs liée à l'altération des feldspaths et (iv) la précipitation de chlorite. Ce travail montre également que les transformations minéralogiques liées aux interactions fluide-roche dans la zone de faille (forte augmentation de la proportion des phyllosilicates au dépend des feldspaths) changent radicalement la composition minéralogique de la roche. Nous associons ce type de roche de faille à une forte pression effective au cours de la déformation. La pétrophysique montrent que les brèches de failles (secteur 1) ont une perméabilité isotrope et équivalente à celle du protolithe (10-3mD sous 2 MPa de confinement) tandis que les roches foliées (secteur 2) montrent une augmentation de perméabilité (10-2mD) selon l'axe Y de la déformation, d'un ordre de grandeur supérieure aux perméabilités suivant les axes X et Z et dans la roche hôte (10-3mD)
Architecture and petrophysical properties of fault zones affecting a deeply buried silico clastic arkosic succession : Role of deformation mechanisms and fluid-rock interactions.Example of the Grès d'Annot (external Alps)

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André, Grégoire. "Caractérisation des déformations méso-cénozoi͏̈ques et des circulations de fluides dans l'Est du bassin de Paris." Nancy 1, 2003. http://www.theses.fr/2003NAN10179.

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Abstract:

L'enchaînement des épisodes de fracturation et de circulations fluides ainsi que les phases de déformations synsédimentaires a été caractérisé dans les terrains jurassiques de l'Est du Bassin de Paris. L'étude s'appuie sur des observations de terrain et sur la caractérisation isotopique des objets diagénétiques et tectoniques. Sur la base de données de décompaction des séries et de la découverte de filons sédimentaires, un contexte tectonique extensif est défini entre la fin du Dogger et le Malm. Ces déformations précoces s'intègrent dans un calendrier tectonique depuis la fin du Mésozoi͏̈que jusqu'à l'Actuel, dont l'enchaînement des paléocontraintes est précisé. L'étude des stylolites stratiformes a confirmé leur rôle pendant la compaction et lors de réactivations tectoniques. L'analyse des signatures isotopiques (d18O et d13C) des calcites de fentes de tension et des encaissants a permis de proposer plusieurs origines pour les paléocirculations depuis le Jurassique jusqu'au Tertiaire
The succession of different fracturing and fluid circulation events has been established for the Eastern part of the Paris Basin. Synsedimentary deformations in the Jurassic units, palaeostresses and fluid palaeocirculations are described on the basis of new field observations and isotopic analyses of diagenetic and tectonic materials. On the basis of the decompaction data and the discovery of sedimentary dykes, an extension tectonic context is defined from the end of Dogger to the Malm. These early deformations fit in a general tectonic timetable, starting from the end of the Mesozoic to the present, and in which the palaeostresses have been integrated. A study of bedding stylolites has confirmed their role during compaction as well as during later tectonic reactivation. Finally, analysis of the isotopic composition (d18O and d13C) of calcites from tension gashes and rocks provide important constraints on the origin of the palaeofluids which circulated from Jurassic to Tertiary

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Turkaya, Semih. "Understanding the evolution of channeling and fracturing in tight rocks due to fast fluid flow." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAH021/document.

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Abstract:

Depuis de nombreuses années, la compréhension de l'influence des fluides dans la déformation des roches est un enjeu majeur pour de nombreux scientifiques. Dans le cadre de ce projet de recherche, notre attention s’est focalisée sur l’observation et la modélisation des mécanismes d’interaction entre les parties fluide et solide lors de l’aérofracturation d’un milieu poreux. Notre dispositif expérimental reproduit le phénomène à basse pression et dans un système pertinent pour l’analyse optique, grâce à une cellule de Hele‐Shaw rectangulaire dans laquelle se trouve un milieu granulaire soumis à des écoulements de fluide interstitiel. Dans les expériences et les simulations nous avons observé ce que l’amplitude de la partie de fréquence basse du spectre puissance diminue avec la fracturation en progrès. Aussi, nous avons développé une méthode pour focaliser les ondes ce qui peut être utiliser pour estimer la position de la source
Fluid induced brittle deformation of porous medium is a phenomenon commonly present in everyday life. From an espresso machine to volcanoes it is possible to see traces of this phenomenon. In a rectangular Hele‐Shaw cell we inject air into a loose porous medium. Then, we monitor this system using optical imaging using a high speed camera (1000 fps) and 4 high frequency resolution accelerometers. Using the numerical and experimental acoustic emissions, different sources of the recorded signal (vibrations due to air, changes in the effective stress due to fluid‐solid interactions) are analyzed. We found that, the peaks in the low frequency range (f < 20 kHz) diminishes while the medium fractures. Furthermore, we propose a new signal localization method based on energy amplitude attenuation and inversed source amplitude comparison. Furthermore, using optical and acoustic datasets and numerical simulations, the mechanics leading Type‐A and Type‐B earthquakes are explained

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Imbert, Tony. "Caractérisation de la rigidité diélectrique de fluides et d'une roche en fonction de leur conductivité, de la température et de la pression." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3036.

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Abstract:

L’urgence énergétique mondiale impose d’utiliser des systèmes plus économes en énergie. De plus, il devient nécessaire d’effectuer une transition énergétique vers des technologies rejetant moins de gaz à effet de serre. Pour ces raisons, les technologies à base de puissances pulsées auront un rôle à jouer dans le panel énergétique de demain.De nombreuses ressources se situent sous la surface de notre planète (eau, gaz, énergies fossiles, minéraux précieux, énergie géothermique ...). De plus, l’urbanisation de nos villes avec le développement des moyens de transport, du traitement des eaux usées, des réseaux électriques et de chaleurs nous pousse à exploiter l’espace sous terrain. Pour cette exploitation, la mise en place de méthodes industrielles est inévitable pour permettre un avancement rapide, économe en énergie et à moindre coût de production. Les méthodes actuelles de concassage, fracturation ou forage se heurtent néanmoins à une faible vitesse de production lors du traitement de roches dures et abrasives. La fracturation dite électrique pourrait être une méthode alternative. Cette technique utilise des décharges électriques dans des fluides pour concasser les roches.L’objet de cette thèse est d’établir une base de données expérimentales pour la compréhension, la prédiction et l’optimisation du processus. Il s’agit plus particulièrement d’étudier l’influence de l’ensemble des paramètres liés à la fois aux propriétés du milieu (température, conductivité et pression) et aux caractéristiques du circuit électrique sur la rigidité diélectrique des isolants testés. Une attention particulière est portée à la maîtrise de la phénoménologie de la décharge dans ces conditions expérimentales.Dans ce manuscrit, les décharges électriques sont caractérisées à partir d’essais expérimentaux qui sont interprétés par l’intermédiaire d’études théoriques et de simulations numériques. Dans un premier temps, la tension minimale nécessaire pour amorcer un arc est déterminée par la méthode U50 et sa consommation d’énergie associée est calculée. Ces essais sont réalisés à la fois en fonction des paramètres internes au système d’impulsions (énergie stockée, tension d’alimentation et géométrie des électrodes) et aussi en fonction de paramètres externes (conductivité, pression et température du milieu). Dans un second temps, le seuil de champ électrique qui permet de changer de mode de claquage est déterminé en fonction des paramètres externes au système d‘impulsions. Cette transition entre le mode subsonique et le mode supersonique est déterminée à partir du temps de propagation de la décharge électrique et de la consommation d’énergie pendant la phase de pré-arc. Les conditions menant à l’amorçage de l’arc électrique dans les fluides ou dans les roches sont comparées. Une attention particulière est donnée à la résistance de l’arc et au courant maximal qui définissent la puissance transmise au milieu
The global energy emergency requires more energy-efficient systems. In addition, it is necessary to make an energy transition to technologies that emit less greenhouse gases. For these reasons, pulse power technologies will have a role to play in tomorrow’s energy mix.Many resources are located below the surface of our planet (water, gas, fossil fuels, precious minerals, geothermal energy...). In addition, the urbanization of our cities with the development of means of transport, wastewater treatment, electricity and heat networks pushes us to exploit the underground space. For this operation, the implementation of industrial methods is inevitable in allowing a fast, energy-efficient and low-cost production. However, current methods of crushing, fracturing or drilling encounter a low production rate when processing hard and abrasive rocks. The fracturing method called electric fracturing could be an alternative method. This method uses electrical discharges in fluids to crush rocks.The purpose of this thesis is to establish an experimental database for understanding, predicting and optimizing the process. In particular, the influence of all parameters related to both the properties of the medium (temperature, conductivity and pressure) and the characteristics of the electrical circuit on the insulators dielectric strength tested must be studied. Particular attention is paid to controlling the phenomenology of the landfill under these experimental conditions.In this manuscript, electrical discharges are characterized on the basis of experimental tests that are interpreted through theoretical studies and numerical simulations. First, the minimum voltage required to initiate an arc is determined by the U50 method and its associated energy consumption is calculated. These tests are performed both according to the internal parameters of the pulse system (stored energy, supply voltage and electrode geometry) and also according to external parameters (conductivity, pressure and temperature of the medium). In a second step, the electric field threshold that allows to change the breakdown mode is determined according to the parameters external to the pulse system. This transition from subsonic to supersonic mode is determined from the propagation time of the electrical discharge and the energy consumption during the pre-arc phase. The conditions leading to the initiation of the electric arc in fluids or rocks are compared. Particular attention is paid to the arc resistance and maximum current that define the power transmitted in the medium

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Sauvage, Anne Charline. "Rôle des fluides dans la fracturation des bassins sédimentaires et mécanismes de failles-valve [sic] : exemple des minéralisations barytiques de la ride de Lodève (Hérault, France) /." [Fontainebleau] : École des mines de Paris, [Centre d'informatique géologique], 2000. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37704085q.

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Fourno, André. "Modélisation multi-échelle des transferts en milieux fracturés : application au site de Äspö (Suède)." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2277.

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Abstract:

Dans le cadre de la problématique de l'enfouissement des déchets nucléaires, la barrière géologique constitue la dernière zone de transfert des radio-éléments. Cette barrière pouvant être fracturée des recherches sont menées pour faire progresser la modélisation des transferts en milieu fracturé. La complexité du milieu rend cette tâche complexe. De plus, après fermeture du site, les écoulements lents dans le milieu favorisent des phénomènes diffusifs dans la roche qui contribuent à augmenter le temps de transit des radio-éléments. Dans ce contexte, une approche Smeared Fractures a été développée pour un schéma en Eléments Finis Mixtes Hybrides et implémentée dans le code Cast3M. Cette approche permet d'éviter un maillage coûteux des fractures principales en les représentant par un champ hétérogène de propriétés sur un maillage régulier. Ces propriétés sont affectées de manière à respecter les critères de conservation des flux (hydraulique et massique) à l'échelle de la fracture. L'approche Smeared Fractures, comparable pour l'écoulement à une approche discrète conserve le caractère 3D de la géométrie des blocs matriciels lors de la résolution du transport. En respectant des critères de discrétisation établis, et suivant la précision désirée, cette approche permet de réduire les temps de calcul. Les résultats de validation et de qualification appliquée à des géométries 2D et 3D, synthétiques et réalistes, sont présentés pour différents jeux de paramètres physiques. Des applications au site d'Äspö (Suède) clôturent ce travail
In the field of nuclear waste storage, the geological barrier is the last transfer zone for radio-elements. Since fractures are to be found in geological media, special emphasis is put on improving modeling approaches to transfer processes in fractured media. It remains a challenging task due to the medium complexities. In addition, for post closure natural flow conditions, flow is slow and diffusion processes play a major role contributing to the retention of the plume. In this context, a Smeared Fractures approach was developed for a Mixed and Hybrid Finite Element scheme and implemented in our code, Cast3M. The fractured block is represented on regular mesh, the presence of the fracture being taken into account through an heterogeneous field of parameters. Considering conservation of flow and mass fluxes for each fracture, these parameters are derived. The Smeared Fractures approach, comparable to discrete modeling for flow, takes full 3D matrix block geometry into account for transport. The discretization have to comply with criteria that were established. Nevertheless, within these boundaries coarser discretization is possible allowing for notable computing costs. The validation and qualification phase was conducted for 2D and 3D cases. These include results on synthetics and realistic systems, for different flow regimes and parameter values. The approach is finally applied on several cases from the Äspö site, Sweden

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Saetta, Valeria. "Micro-seismicity and hydro-mechanics of fractured rock masses : experiments and numerical simulations." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2004. http://www.theses.fr/2004INPL039N.

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Abstract:

Un massif rocheux fracturé, dont le comportement géo-hydromécanique a été étudié depuis plusieurs années, a été instrumenté sismiquement. L'intérêt du site réside dans le fait qu'on peut induire artificiellement une charge hydraulique connue et mesurer des déplacements, des pressions hydrauliques sur plusieurs points significatifs. Les résultats des essais in-situ mettent en évidence l'existence d'une micro-sismicité induite par une variation de pression avec une grande repétitivité. A partir des résultats des essais in-situ, a été formulée l'hypothèse que l'activité micro-sismique est associée à l'augmentation de la pression d'eau dans les zones moins perméables du massif rocheux. Une modélisation numérique du site avec la méthode des Eléments Finis a été réalisée pour determiner l'amplitude des variations de contraintes induites par la mise en charge hydraulique et vérifier si elles pouvaient engendrer des sources sismiques. Des échantillons prélevés ont permis de déterminer, en laboratoire, le comportement mécanique de la roche intacte et des joints rocheux et la sismicité associée. Il s'avère que les variations de contrainte calculées pour le site ne sont pas suffisantes pour générer la sismicité observée au laboratoire. Une modélisation micromécanique à l'échelle du joint rocheux avec la méthode des Eléments de Contour (Discontinuités de Déplacement) a été réalisée pour simuler le comportement hydro-mécanique tenant compte de la morphologie du joint. Les résultats numériques sont en accord avec les obsenTations de laboratoire et montrent que la mise en charge hydraulique d'un joint rugueux peut engendrer des instabilités lors de l'ouverture des aires de contact compatibles avec la micro-sismicité observée sur le site
This dissertation forms part of a larger research field which deals with using seismic monitoring systems to better understand the behavior of natural rock slope appealing to the laboratory and in-situ experiments and the numerical simulation. For this purpose, a small scale rock mass, former instrumented from the geo-hydro-mechanical point of view, bas been chosen for installing a seismic monitoring system. Ln this site, it is possible to easily induce a known hydraulic charging and to measure displacements and pressures in many meaningful points. The results of the in-situ experiments highlight the existence of micro-seismicity induced by a variation of water pressures and the repetitiveness either of the hydro-mechanical and micro-seismic behavior. From results, it bas been hypothesized that the micro-seismic activity onsets when water pressure increases in less permeable zones. The Finite Elements numerical modeling of the site allows to calculate the stress variations due to hydraulic charging and to assess if stress variations could generate seismic sources. Series of cores have been taken from the site in order to tested rock material and rock fractures in laboratory, associated with acoustic emissions. Lt results that little stress variations due to water pressure, calculated for the site, do not explain the micro-seismicity observed in laboratory. A micro-mechanical model using Boundary Elements Method (Displacements Discontinuity Method) which simulates the hydro-mechanical behaviour of rock joints sample under normal compression is proposed taking into account the joint topography. Results confirm the laboratory observations and show that the hydrostatic charging can induce instabilities, when contact areas open, comparable to the ill-situ micro-seismicity

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Surma, Fabrice. "Détermination de la porosité des zones endommagées autour des failles et rôle de l'état du matériau sur les propriétés d'échange fluides-roches : Minéralogie, structures de porosité, caractéristiques mécaniques." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13169.

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Abstract:

Ce travail de thèse montre que la structure d'une zone de faille (une gouge entourée par une zone endommagée) est la même dans deux sites différents malgré leur mode de formation : le premier en extension (Soultz-sous-Forêts, projet HDR, France) et le second en compression (faille de Nojima, Kobe, Japon). A partir des observations pétrographiques, une étude de la porosité et des propriétés physiques, un modèle de circulation de fluide dans un granite altéré et fracturé prenant en compte l'évolution de la pression fluide et les processus de dissolution-précipitation au cours d'un séisme est proposé. Dans le cas du contexte en extension, la période intersismique est associée à l'ouverture des fractures dans la zone endommagée de la faille et à une augmentation de la porosité due à l'altération du matériau. Au cours du séisme, les fractures se ferment et le fluide est expulsé. Dans le cas de la compression, la période intersismique est associée à la fermeture des fractures dans la matrice et l'expulsion des fluides vers la faille alors qu'au cours du séisme les fractures s'ouvrent à cause de l'augmentation de la pression fluide. Ainsi, il existe une constante compétition entre les processus qui permettent de créer de fortes perméabilités dans un système et ceux qui tendent à réduire la perméabilité. Ces processus (contraintes, précipitation de minéraux, variation de la pression fluide. . . Etc) sont les mêmes dans les deux contextes, mais ils n'interviennent pas au même moment pendant un séisme
Fault zone structure is characterized by a fault core (gouge, cataclasite, mylonite), a damage zone (small faults, fractures, veins fold) and a protolith. We can clearly describe these structures in the Soultz-sous-Forêts granite (HDR Project, France) and in the Nojima Fault zone (Kobe, Japan). This work shows us that the structures are the same ones in the two sites in spite of their different deformation mode : one in extension and the other in compression. We propose, starting from the petrographic observations, a study of porosity and physical properties, a fluid flow model in a altered and fractured granite, taking into account the evolution of the fluid pressure and the processes of dissolution-precipitation during an earthquake. In the case of extension, the intersismic period is associated to an opening of the fractures in the fault damaged zone and an increase in porosity due to the rock alteration. During the earthquake, the fractures are closed and the fluid is expelled. In the case of compression, the intersismic period is associated to the closing of the fractures in the matrix and the expulsion of the fluids towards the fault whereas during the earthquake the fractures open because of the fluid pressure increase. Thus, there is a constant competition between the processes which enhance permeability and those which tend to reduce it. These processes (stresses, mineral precipitation, fluid pressure variation. . . Etc) are the same ones in the various contexts, but they do not interfere at the same time during an earthquake

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Jeanne, Pierre. "Architectural, petrophysical and hydromechanical properties of fault zones in fractured-porous rocks : compared studies of a moderate and a mature fault zones (France)." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4016.

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Abstract:

Bien que les zones de failles représentent un très petit volume de la croute terrestre, elles influencent grandement ses propriétés hydromécaniques. Ce travail compare des analyses multidisciplinaires, de hautes précisions, de deux zones de failles aux propriétés contrastées : l’une est une zone de failles mature de plusieurs kilomètres de long, l’autre s’étend seulement sur quelques centaines de mètres. Leurs propriétés architecturales, hydromécaniques et de résistance mécanique ont été caractérisées dans le but d’améliorer la compréhension des couplages entre l’évolution de leurs propriétés hydromécaniques et leur potentiel de réactivation. Un protocole de caractérisation in-situ des propriétés hydrauliques et mécaniques a été mis au point. Il intègre des analyses microstructurales, des descriptions détaillées des propriétés pétrophysiques à plusieurs échelles. Les deux zones de failles étudiées montrent toutes deux des relations entre leurs histoires diagénétiques, les propriétés initiales des formations sédimentaires et leurs propriétés actuelles hydromécaniques. Il a été mis en évidence que le paramètre le plus important gouvernant le comportement hydromécanique des zones de failles est la continuité de sa zone d’endommagement. Une zone de failles mature aura une zone d’endommagement relativement continue alors qu’une zone de failles non-mature aura une zone d’endommagement hétérogène caractérisée par une alternance de niveaux fracturés et non-fracturés. Ces contrastes architecturaux dépendent des propriétés initiales de la roche intacte. Au sein de la série sédimentaire, les variations de la résistance à la compression (σc) de la roche intacte induisent différents mécanismes d’accommodations des déformations. Il en résulte une architecture de zone de failles présentant de fortes variations d’épaisseur, caractérisée par une alternance de niveaux très perméables et très déformables avec des niveaux imperméables et peu déformables
Although fault zones represent a very small volume of the crust, they highly influence the crust’s mechanical and fluid flows properties. This work compares high definition trans-disciplinary analyses of two fault zones with highly contrasted properties. One is a mature fault zone of plurikilometer length, and the other is a small fault zone of a few hundred meters length. We have characterized the architectural, hydromechanical and strength properties of these faults to improve the understanding of the coupling between fault zones hydromechanical properties and their potential activation. A protocol to characterize in the field (on outcropping segments) the faults hydraulic and mechanical properties has been conducted through the coupling of micro-structural analyses, detailed rock physical descriptions at the rock mass several scales. The two studied fault zones despite their different sizes display some similarities. Both show a strong coupling between the fault zone diagenetic history, the initial properties of the sedimentary layers and the fault zone current hydraulic and mechanical properties. We show that the most important parameter governing the hydromechanical behaviors of fault zones is the continuity of the damage zones. A mature fault zone will have a relatively continuous damage zone while a small fault zone will contain a more heterogeneous damage zone characterized by an alternation of fractured and un-fractured layers. These architectural contrasts of damage zones also depend on the initial intact rock properties of the sedimentary series. Contrasted initial intact rock strengths (σc) induce contrasted strain accommodation mechanisms in the fault zone compartments, and an associated fault zone architecture that displays large thickness variations, characterized by alternate high-permeable-low-stiff and low-permeable-high-stiff layers in the damage zone

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Clavaud, Jean-Baptiste. "Etude des proprietes de transport (hydraulique et electrique) des roches : effets de la microstructure, de la presence de plusieurs fluides, de la fracturation et de l'interaction eau-roche." Paris 7, 2001. http://www.theses.fr/2001PA077016.

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Abstract:

L'objectif de cette these est de contribuer a la comprehension des proprietes de transport des roches poreuses ou peu poreuses et fracturees. Une attention particuliere a ete accordee aux effets de la geometrie du reseau poreux, de l'etat de saturation, de l'anisotropie, de l'echelle des heterogeneites et des interactions fluides-roche. Dans la premiere partie de ce travail, concernant les proprietes hydrauliques (experiences et modelisation) des roches poreuses, on a montre que : les permeabilites relatives des roches pyroclastiques sont superieures (pour un meme etat de saturation) a celles des roches sedimentaires ; la tortuosite controle l'existence de chemins de circulation preferentiels et, par consequent, les phenomenes d'hydro-dispersion ; l'anisotropie de permeabilite est bien correlee a la microstructure de la porosite dans les gres et dans les roches volcaniques. Ceci n'est pas le cas dans les calcaires ; la modification du modele de purcell (ajout d'un concept de percolation) permet de predire precisement la permeabilite, sur six ordres de grandeur, de lithologies tres variees ; les simulations sur reseaux ont montre que, lorsque la distribution des rayons d'acces aux pores passe de monomodale a plurimodale, la longueur des chemins de circulation, hydraulique et electrique, augmente et l'on assiste a un decouplage progressif de ces chemins. La seconde partie est consacree aux effets sur la permeabilite des interactions entre les fluides et la roche dans les milieux peu permeables et fractures. On a montre, dans un echantillon traverse par une fracture, que la dissolution des mineraux conduit a augmenter la permeabilite et a diminuer le facteur de formation, par lissage de la fracture ou par augmentation de son ouverture. Dans la carriere du mayet de montagne (allier), la geometrie 3d du reseau de fractures d'un bloc metrique a ete determinee (precision 1cm) grace a des experiences de sismique (adaptees a cette echelle inhabituelle), et de georadar.

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Mustapha, Hussein. "Simulation numérique de l'écoulement dans des milieux fracturés tridimensionnels." Rennes 1, 2005. http://www.theses.fr/2005REN1S166.

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Abstract:

La simulation numérique est un outil essentiel pour le développement technologique de disciplines très variées comme la mécanique des fluides et la géologie. Ce travail a pour objectif de développer des outils efficaces et précis pour résoudre les équations régissant les écoulements et les transferts de masse en milieux fracturés tridimensionnels très hétérogènes. L'hétérogénéité des milieux fracturés est multi-échelles et la géométrie des réseaux de fractures est complexe. Dans la première partie, nous avons simplifié les configurations pénalisantes dans les réseaux de fractures et nous avons maillé des réseaux très complexes avec des maillages de bonne qualité. Dans la deuxième partie, nous avons validé notre solution approchée et analysé la précision de notre méthode. Dans la troisième partie, nous avons parallélisé notre code et calculé la solution dans des réseaux de grandes tailles, aidant à la recherche des lois d'échelles.

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Kadiri, Imad. "Modélisation hydromécanique des milieux fracturés." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL066N.

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Abstract:

La modélisation hydromécanique des milieux fracturés est très complexe. Beaucoup de simplifications sont nécessaires pour modéliser de tels milieux. Dans la plupart des cas, on ne tient compte que des fractures perméables. Le reste du réseau est approché par un milieu continu équivalent. Même si on suppose que cette approche est admissible, les propriétés hydrauliques et mécaniques des fractures et du milieu continu sont rarement connues. On ne connaît pas très bien la nature des mesures qui doivent être effectuées afin de mener à bien une modélisation en milieu discontinu. Afin de mieux comprendre les phénomènes hydromécaniques dans les mieux fracturés, on a travaillé sur deux sites différents. Le premier est le site du Grimsel en Suisse dans lequel un laboratoire souterrain est situé à environ 400 m de profondeur. L’expérience Febex consiste à l’étude in situ des phénomènes consécutifs à la mise en place d’une source de chaleur représentative de déchets radioactifs dans les 17 derniers mètres du tunnel Febex dans le laboratoire de Grimsel. Nous avons seulement modélisé la phase d’excavation de ce tunnel. La modélisation de Febex a permis d’établir une méthodologie de calage des propriétés hydrauliques dans les milieux discontinus. Cependant, ce genre d’étude sur des sites aussi complexes ne permets pas de répondre aux nombreuses questions qui se posent sur le comportement hydromécanique des milieux fracturés. Nous avons donc réalisé des modélisations sur un deuxième site plus accessible et de dimensions plus réduites. Le site expérimental de Coaraze, situé dans les Alpes maritimes, est un petit massif calcaire fracturé vanné au niveau d’une sources principale et muni d’extensomètres et de manomètres pour les mesures simultanées pression-déformation à différents niveaux du massif. La modélisation de Coaraze a permis de reproduire les mesures in situ et de donner un point de vue sur la problématique du couplage hydromécanique dans les milieux fracturés.

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Malvoisin, Benjamin. "Conditions réductrices associées à la serpentinisation : suivi magnétique de l'hydratation de l'olivine de San Carlos, étude de cas naturels et application à la production industrielle d'Hú." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00934238.

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Abstract:

L'accrétion océanique au niveau des dorsales lentes est alimentée par un apport magmatique et par l'exhumation de péridotites mantelliques. Une partie de la chaleur dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation des magmas sert de moteur à la circulation hydrothermale qui peut transporter de l'eau de mer jusqu'aux roches mantelliques. Une réaction d'oxydoréduction impliquant l'eau de mer, l'olivine et le pyroxène des péridotites peut alors avoir lieu pour produire de la serpentine, de la magnétite et de l'hydrogène. Cette réaction, dite de serpentinisation, contrôle les propriétés physico-chimiques de la lithosphère océanique et est, de fait, incorporée dans les modèles géophysiques avec une cinétique encore mal contrainte. Ce travail de thèse est centré sur la cinétique d'hydratation de l'olivine de San Carlos, une réaction de serpentinisation simple. Un dispositif expérimental de suivi de la cinétique d'hydratation a été mis au point, basé sur la mesure du signal magnétique associé à la magnétite formée. Cette méthode, couplée à une modélisation thermodynamique, permet également de quantifier indirectement la production d'hydrogène. L'influence de la taille initiale des grains l'olivine et de la température sur la cinétique d'hydratation a aussi été étudiée. Une augmentation de la vitesse de serpentinisation dans les premiers temps de la réaction est mise en évidence et expliquée par la mise en place de microtextures également observées dans le milieu naturel (puits de corrosion et fractures) contribuant à un accroissement de la surface réactive. De manière générale, la cinétique de serpentinisation obtenue ici est de un a deux ordres de grandeur plus lente que celle utilisée jusqu'alors dans les modèles géophysiques. En plus de cette étude expérimentale, une réaction d'oxydoréduction dans un contexte naturel a été étudiée au niveau d'une zone réactionnelle entre des serpentinites et des marbres en Corse alpine. Sur la base d'une approche pétrographique et thermodynamique, la présence de wollastonite, CaSiO3, est expliquée par l'atteinte de conditions très réductrices associées à la présence de fluides riches en hydrogène en contexte de subduction. Ces fluides sont interprétés comme résultant de la conservation du potentiel réducteur des serpentinites au cours de la subduction.

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Bruel, Thierry. "Caractérisation des circulations de fluides dans un réseau fracturé et rôle des contraintes "in situ". Une étude de cas dans le bassin permien de Lodève." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20228.

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Abstract:

On presente une etude detaillee portant sur les relations entre fractures, fluides et contraintes sur deux sites sur un meme faisceau de faille du bassin de lodeve, l'un en mine, l'autre sur un site a forte densite de forages. Le reseau fracture (failles, diaclases et b/b) a ete parfaitement identifie notamment a l'aide des sondages. On confirme que les grandes failles e-w sont des barrieres a grande echelle (ecoulement canalise entre ces failles). Mais on montre des communications par des failles mineures subhortogonales dont les flux perturbent peu la compartimentation geochimique. Les observations en mine et les essais de puits amenent a un modele hydrodynamique de double porosite de fracture (echange faille/diaclase). Dans le large spectre directionnel existant seules certaines diaclases submeridiennes de quelques niveaux sont conductrices. Ce schema de circulation est relie a un serrage global n-s (devie localement par les failles) mis en evidence directement (contraintes in-situ et sur carottes) ou indirectement (dilatance vue par des mesures d'anisotropie electrique et par atmogeochimie).

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Savard, Catherine. "Modélisation numérique 3D de l'écoulement et des échanges isotopiques dans des réseaux de fractures." Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23838/23838.pdf.

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Lefèvre, Mélody. "Propriétés structurales, pétro-physiques et circulations de fluides au sein d'une zone de failles dans les argiles." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4320/document.

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Abstract:

Les zones de failles concentrent la migration de fluides et la déformation dans la croûte supérieure. Les propriétés hydrauliques des formations argileuses en font des excellents sites de stockage et des roches mères performants. Les zones de failles peuvent jouer deux rôles contraires dans la circulation de fluides, soit elles s’expriment sous forme de drains, soit elles constituent une barrière, et souvent les deux rôles sont combinés au sein d’une même zone de failles. Les processus de migration des fluides dans les zones de failles affectant les argiles sont peu connus. Cette étude s’est focalisée sur la structure, les paléo-circulations, les circulations actuelles lors de tests d’injection et les propriétés pétro-physiques de la zone de failles présente dans le laboratoire de recherche souterrain de Tournemire dans les argilites Toarciennes. La structure de la zone de failles a été caractérisée par des forages et reconstituée en 3D par modélisation numérique, permettant de définir des faciès de déformation. L’architecture de la zone de failles se caractérise par une imbrication de facies de déformations plus ou moins intenses sans claire organisation en cœur et zone endommagée comme observée dans les roches plus dures. Les zones intactes, fracturées et les brèches sont respectivement caractérisées par des porosités matricielles comprises entre 9.5-13.5, 10-15 et 13-21%. La circulation de fluide se concentrant aux limites de la brèche et au niveau des zones de failles «immatures» ou secondaires comprises dans les zones fracturées. Lors de son activité, la zone de failles a déjà été affectée par au moins deux phases de circulations de fluides
Fault zones concentrate fluids migration and deformations in the upper crust. The shale hydraulic properties make them excellent storage sites and hydrocarbon reservoirs/source rocks. Fault zones can play two roles in the fluid circulation; drains or barriers, in general, both roles are combined within the same fault zone. What are the conditions that promote the fluid circulation along the fault zones in shales and what are the fault zone impacts on the formation properties are relatively poorly explored key questions. This study focused on characterizing the relationships between fault architecture, paleo-fluid as well as current fluid circulations through the analysis of fault calcite mineralization, injection tests and petrophysical properties conducted on a fault zone outcropping underground in the Tournemire research laboratory nested in the Toarcian shale. The fault zone structure was characterized using boreholes data and reconstructed in 3D through modeling to define different deformation facies. No clear facies organization is observed, a fault core and a fault damage zone being difficult to define as it is in hard rocks. The intact, fractured and breccia facies are characterized by a porosity of 9.5-13.5, 10-15 and 13-21%. Large fluid flowrate concentrated along a few “channels” located at the breccia boundaries and in the secondary fault zones that displayed fractured facies and limited breccia fillings. Detailed microstructural and geochemical analysis at the breccia/fractured zones interface revealed that fluids circulated out of the main shear zones, in micro-more or less inherited fractures highlighting a decoupling between fault slip and fluid migrations

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Ayt, Ougougdal Mohamed. "Contrôles magmatiques, structuraux et hydrothermaux de la formation des épisyénites de la marche occidentale." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1994_AYT_OUGOUGDAL_M.pdf.

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Abstract:

La reconstruction de la succession de percolations hydrothermales dans les granites a été menée sur l'exemple des zones d'altérations subsolidus de type épisyénite, et minéralisées en uranium (marche occidentale). Une étude des contrôles magmatiques, structuraux précoces de la formation des altérations grâce à une cartographie structurale, pétrographique et géochimique a montré que les épisyénites se sont formées dans les zones de contact entre leucogranites et des intrusions de leucogranite à biotite. L’étude quantitative des déformations ductiles et cassantes à l'échelle macro et microscopique a montré le rôle des anisotropies liées à la déformation ductile sur l'orientation et l'intensité de la microfracturation. Grâce à la mise au point d'une méthode de calcul des paléotenseurs de perméabilité, les données sur les réseaux de plans d'inclusions fluides ont permis d'estimer les perméabilités maximales caractérisant les stades hydrothermaux. Les concentrations d'uranium se sont formées grâce à trois facteurs : i) la formation d'un drain majeur, résultant d'une forte altération du granite (dissolution du quartz) sous l'effet de la percolation des fluides aqueux de haute température dans des réseaux denses de microfractures NNE, probablement sous l'effet d'un réchauffement local à basse pression lié aux intrusions tardives. Ii) le maintien de la perméabilité ; iii) jusqu'aux stades de minéralisation à percolation de fluides tardifs

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Bossennec, Claire. "Évolution des propriétés de transfert des grès par diagénèse et déformation : application aux formations du Buntsandstein Gp., Graben du Rhin." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0154.

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Abstract:

Le Graben du Rhin est la cible d’un regain d’intérêt pour le développement de l’exploitation des ressources hydrocarbonées et géothermiques depuis une quinzaine d’années. De nombreuses améliorations ont été apportées à la compréhension de la géométrie des réservoirs et sur le système pétrolier, avec une caractérisation des huiles et des roches-mères, ainsi que sur les chemins de migration de l’huile. Cependant, il subsiste des interrogations sur les interactions entre systèmes de faille, réseau de fractures, circulations de fluides et cimentations, ainsi que sur les transferts entre matrice et fractures au sein des réservoirs, et l’évolution de ces propriétés au cours de l’histoire d’enfouissement. Cette thèse s’attache à la compréhension de ces interactions, en prenant pour objet d’étude les réservoirs gréseux du Buntsandstein Gp. Sur la base matérielle de plusieurs affleurements sur les épaules du fossé et des données de subsurface disponibles (comme celle du champs de Roemerberg), les caractéristiques du réseau de fractures au sein du réservoir et à proximité des zones de failles majeures ont été déterminées, avec l’identification de familles (remplissages, orientation) avec une variabilité de leur agencement par rapport aux failles majeures. La détermination de la composition chimique et isotopique des remplissages de fractures et des phases diagénétiques affectant la matrice a permis d’améliorer les modèles de conditions de cimentations : température, type de fluide, datation relative, ou absolue lorsque les méthodes analytiques s’y prêtent. L’impact de ces processus sur les propriétés pétrophysiques a été estimé, par le biais de la caractérisation du réseau poreux et la quantification des propriétés pétrophysiques globales ("bulk"). Ces résultats analytiques sont ensuite intégrés à un modèle conceptuel de circulation de fluides à l’échelle du bassin, répertoriant la mise en place des différentes minéralisations, apportant un nouveau regard sur le résultat à l’échelle des zones de failles des interactions entre diagénèse, tectonique, et circulations de fluides, au cours de l’histoire géologique du bassin
The Upper Rhine Graben (URG) is the target of a renewed development of the exploitation of oil and gas resources, since the discovery of the Roemerberg field in 2008. Strong improvements were made on the understanding of the petroleum system, and on the characterization of the oil and source rocks families, and migration pathways. The interactions between faults systems and fracture network, fluid flow and fracture infill, and fracture/matrix transfers, during the burial and rift opening, are the purpose of this PhD research, focused on Buntsandstein Gp. sandstone reservoir. Through the study of several outcrops on the URG shoulders, core and well logs data (Roemerberg field), the following aspects are investigated. Structural features of the fracture network in the reservoir and in the vicinity of major fault systems are characterized, with the identification of fracture families (infill and orientation), not always parallel to the major faults. Chemical and isotopic composition of matrix and fracture diagenetic phases are analysed, to determine conditions of cementation : Temperature, type of fluid, absolute dating when possible, or relative timing. The impact on petrophysical properties is assessed by investigating the influence of diagenetic processes on pore network properties, and on "bulk" petrophysical properties. These analytical results are integrated in a renewed conceptual model of fluid flow in the basin, and give new insights on the interactions between diagenesis, fault activity and fluid-flow, and their impact on petrophysical properties at the fault scale through geological times

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Loiseau, Philippe. "Etude structurale et geostatistique des gneiss de la region du cezallier : modelisation tridimensionnelle de reseaux de fractures, application a l'ecoulement des fluides." Orléans, 1987. http://www.theses.fr/1987ORLE2055.

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Abstract:

L'etat de fracturation d'un massif cristallin par l'intermediaire de la modelisation est apprehende et passe par des etapes d'acquisition des donnees qui se font en surface et en profondeur, ainsi que par des etapes d'analyse suivant le parametre choisi. L'hydrogeologie des milieux fissures et l'une des applications aux modelisations de champs de fracture. On peut ainsi mettre en evidence un comportement discontinu du flux

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Xie, Ni. "Modélisation couplée du comportement hydromécanique des roches poreuses quasi-fragiles." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10035.

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Abstract:

Cette étude porte sur une modélisation micromécanique du comportement poromécanique des roches poreuses quasi-fragiles endommagées par une distribution de microfissures. Le cadre général retenu est celui de l'approche par changement d'échelles dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Les propriétés mécaniques effectives sont déterminées par une technique d'homogénéisation linéaire en se basant sur la solution du problème d’inclusion d'Eshelby. Le glissement frottant le long des surfaces de microfissures fermées est considéré comme un processus de dissipation irréversible et responsable de l'évolution de l'endommagement. Un critère de frottement de type Coulomb est utilisé et un critère d'endommagement basé sur le taux de restauration d'énergie est proposé. La deuxième partie du mémoire vise à étendre la modélisation micromécanique à la description du couplage poromécanique des roches saturées. L'influence de la pression du fluide sur le glissement est prise en compte en introduisant une notion de contrainte effective au niveau microscopique. Nous démontrons que le glissement frottant peut engendrer une dilatance volumique conduisant à une réduction de la pression du fluide. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales dans les essais drainés et non drainés en compression triaxiale. La dernière partie de cette thèse porte sur la modélisation hydromécanique des fractures rocheuses sous contrainte normale. Des études expérimentales et des modélisations numériques sont effectuées. Un coefficient de Biot généralisé, fonction de l'ouverture de fractures, est introduit pour décrire le comportement poromécanique couplé
This study concerns a micromechanics-based modeling of poromechanical behaviors of quasi-brittle porous rocks. The general framework adopted is that of up-scaling technique combined with irreversible thermodynamics. We first determine the effective property of quasi brittle rocks weakened by microcracks via the rigorous Eshelby-based homogenization method. The frictional sliding along surfaces of closed microcracks is interpreted as an irreversible dissipation process and responsible for the induced damage. An elastoplastic damage model is formulated with the inelastic strain inherently coupled with damage evolution. A Coulomb-type friction criterion serving as plastic yielding function and a strain energy release rate based damage criterion are proposed. The second part aims at extending the micromechanical modeling to poromechanical behavior of saturated porous rocks. The influence of fluid pressure is taken into account in the friction criterion through the concept of local effective stress. It is also manifested that the frictional sliding between crack surfaces generates volumetric dilatancy and causes reduction in fluid pressure. Applications of the proposed model to typical brittle rocks are presented and compared with experimental data in both drained and undrained triaxial tests. The last part of this dissertation deals with the hydromechanical modeling of single fracture subject to normal stress. Both experimental studies and theoretical modeling are carried out. The generalized Biot coefficient, in the form of a function of the fracture displacement, is introduced to describe the coupled behavior between fracture deformation and pore fluid pressure

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Moisy, Michel. "Evolution de la perméabilité et de la circulation des fluides hydrothermaux dans une zone de cisaillement fragile." Phd thesis, Grenoble 1, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529983.

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Abstract:

La thèse est divisée en deux parties. La première partie fait le point sur un certain nombre de phénomènes : - le développement de la fracturation dans les zones de décrochement soumises ou non à des pressions de fluides, - la dynamique de la circulation des fluides dans les zones de failles et le comportement des fluides hydrothermaux soumis à des variations de température et de pression brutales, - le rôle de la fracturation dans la mise en place de magmas granitiques dans l'épizone et les mécanismes de déformation qui gèrent cette mise en place. La deuxième partie concerne l'étude des minéralisations (Zn, Pb, Ag) de Saint-Salvy-de-la Balme (Tarn), adjacentes au granite du Sidobre, dont elles sont contemporaines. Une étude de la cinématique de mise en place du granite du Sidobre est menée par la méthode de l'ASM. Celle-ci met en évidence un cisaillement dextre du magma au moment où celui-ci se met en place à 7 kms de profondeur. L'enregistrement de la déformat1on par les stades successifs de cristallisation du magma permet de suivre l'évolution de la déformation et du comportement du granite au cours de son refroidissement (250 000/500 000 ans). La déformation, concentrée dans le batholite lorsque celui-ci est encore à l'état magmatique, se concentre progressivement sur les bordures du batholite, pour finalement aboutir à la formation du champ filonien de Saint-Salvy. La surface de décollement entre le batholite et les schistes est représentée par le filon de Saint-Salvy. A l'intérieur de celui-ci, les fluides qui circulent à des vitesses pouvant localement atteindre plusieurs m/s, déposent des quantités massives de quartz (pendant environ 60000 ans), aux endroits où des contrastes de compétence importants se présentent. Ceux-ci sont principalement engendrés par la présence de lames d'aplites, emballées dans les schistes. Les masses de quartz jouent à leur tour un rôle d'hétérogénéités lors de la poursuite du décrochement dextre. Les ouvertures ménagées sous l'effet du cisaillement dextre et par la pression des fluides autour de ces masses quartzeuses permettent le dépôt de la sphalérite (< 10000 ans). Quelque soit l'échelle d'observation considérée, la présence d'ouverture importante est liée à la notion d'hétérogénéité.

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Vidal, Jeanne. "Altérations hydrothermales associées aux zones de fractures à l'interface de la couverture sédimentaire et du socle cristallin dans le Fossé rhénan supérieur : application aux forages géothermiques de Rittershoffen (Alsace, France)." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAH008/document.

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Abstract:

La connaissance des réseaux de fractures est essentielle pour comprendre la circulation des fluides dans un réservoir. Cette thèse s’appuie sur la reconnaissance du réseau de fractures naturelles qui chenalisent les circulations à l’échelle des deux forages profonds GRT-1 et GRT-2 de Rittershoffen (Alsace, France) qui ont recoupé les sédiments gréseux triasiques et le socle granitique altéré dans le cadre d’un projet industriel de géothermie. L’étude structurale de ce réseau de fractures a été réalisée à partir d’imageries de paroi acoustiques corrélées à des diagraphies géophysiques standard tandis que l’étude pétro-minéralogique se base sur les échantillons de cuttings. Les zones de fractures perméables des puits de Rittershoffen montrent une organisation asymétrique de la perméabilité. Des fractures ouvertes à l’échelle du puits semblent agir comme des drains perméables entourés de halos d’altération hydrothermale. Ces zones de fractures sont associées à des perturbations locales du profil de température dans le puits. La présence de minéraux illitiques hétérogènes pourrait être un indicateur pour prospecter les zones de circulations actuelles et passées à l’échelle des puits. Cette étude géologique permet d’évoluer vers un modèle de forage hydrothermal possédant des connexions favorables avec le réservoir sans avoir recours à des opérations de stimulation
The knowledge of the fracture network is a key challenge to understand the fluid circulation through a reservoir. The aim of this PhD project is to investigate the natural fracture network that channelized the hydrothermal circulations into two deep wells GRT-1 and GRT-2 at Rittershoffen (Alsace, France) that intersect Triassic sandstones and altered granitic basement in the framework of an industrial geothermal project. The structural study of the fracture network was based on acoustic image logs correlated with standard geophysical logs, whereas the mineralogical study was based on cutting samples. Permeable fracture zones of wells at Rittershoffen present an asymmetrical organization of permeability. Open fractures at the borehole scale act as fluid pathways surrounded by halos of hydrothermal alteration. These fracture zones are associated with local thermal anomalies in the temperature profiles at the borehole scale. Occurrences of heterogeneous illitic minerals could be a good indicator to prospect zones of actual and past circulations at the borehole scale

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Tran, Trung Duc. "Modélisation hydro-mécanique avec prise en compte de la production d’hydrogène dans les ouvrages de stockage des déchets radioactifs." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10168.

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Abstract:

La première partie de ce travail concerne l’évaluation d’une pression d’hydrogène gazeuse produite par les alvéoles HA transitant par les interfaces jusqu’aux scellements de galerie. En effet, les calculs réalisés sans prise en compte des interfaces montrent, que le transfert de l’hydrogène se fait principalement par diffusion de l’hydrogène dans l’eau à travers le massif d’accueil. En revanche, dans un stockage, la présence de nombreuses interfaces de construction (jeu noyau bentonite – argilite etc.), ou induites par la fracturation des matériaux sous l’effet de la pression d’hydrogène, sont le siège des chemins préférentiels pour le transfert de l’hydrogène sous forme gazeuse. Le modèle GTI (Gaz Transfer in Interface) a donc été retenu pour simuler le transfert d’hydrogène produit par les alvéoles HA jusqu’à la galerie remblayée. La pression d’hydrogène maximale dans le remblai est obtenue dans le cas où l’interface reste toujours ouverte. A 4500 ans elle passe de 5,2 MPa (interface toujours ouverte) à 3,8MPa par l’effet soupape dû à l’augmentation de la pression d’hydrogène. Les comparaisons des simulations numériques avec et sans prise en compte des pressions d’hydrogène montrent que les pressions d’hydrogène n’impactent pas ou très peu les pressions interstitielles, les contraintes effectives radiales et orthoradiales. Il en résulte que les simulations peuvent être conduites en considérant une pression d’hydrogène à la pression atmosphérique, ce qui revient à travailler en milieu biphasique.La deuxième partie concerne les zones fracturées induites par l’excavation des ouvrages. Ainsi les observations dans le laboratoire Meuse Haute Marne montrent des zones fracturées anisotropes autour des galeries et des alvéoles HA constituées de discontinuités verticales et horizontales. Les faibles anisotropies des contraintes et des modules d’Young pour des galeries orientées suivant σH (σv approximativement égal à σh) ne permettent pas de reproduire la forte anisotropie des zones fracturées dans le plan σv - σh par un modèle hypo-élasticité avec anisotrope initiale de diagenèse. Pour modéliser ces discontinuités, un modèle rhéologique a été développé par EGC nommé SC2D associant deux types de comportements élasto-plastiques : l’un est associé à un endommagement anisotrope traduisant le comportement de l’argilite renforcée par de la calcite et l’autre caractérisant la phase argileuse c'est-à-dire l’argilite sans renfort de la calcite et des déformations plastiques lorsque l’état de contrainte atteint la surface de diagenèse. Les coefficients d’endommagement sont évalués à partir d’une extension de la relation de Weibull en considérant les déformations d’extension dans les directions de diagenèse X(σH), Y(σh), Z(σv). Les zones fracturées autour des galeries sont caractérisées par les domaines où les coefficients d’endommagement sont unitaires. Par ailleurs, les discontinuités sont activées lorsqu’un coefficient d’endommagement atteint l’unité et ces discontinuités sont perpendiculaires aux directions de diagenèse et sont donc verticales ou horizontales
The first part of this work is about the evaluation of a pressure of gaseous hydrogen produced by HA cells passing through the interfaces to the drift. Indeed, the calculations without consideration of interfaces show that the transfer of hydrogen takes place primarily by diffusion of hydrogen into the water through the foundation. However, in storage, the presence of many interfaces by construction (between bentonite core - Argillite etc.) or by fracturing of materials under the effect of hydrogen pressure, are the preferential pathways for transfer of gaseous hydrogen. The GTI (Gas Transfer in Interface) model was chosen to simulate the transfer of hydrogen produced by the HA cells to the backfilled drift. The maximum hydrogen pressure in the backfill is obtained in the case where the interface is always open. At 4500 years it goes from 5.2 MPa (always open interface) to 3.8 MPa by the valve effect due to the increase of hydrogen pressure. The comparisons between numerical simulations with and without taking into account the hydrogen pressures show that hydrogen pressures no or very little impact the pore pressure, the effective radial and orthoradial stresses. As a result, the simulations may be performed by considering a hydrogen pressure at atmospheric pressure, which is to work in a biphasic medium. The second part concerns the fractured zones induced by the excavation of volume. And the observations in the laboratory Meuse Haute Marne show the anisotropic fractured areas around drifts and HA cells consist of vertical and horizontal discontinuities. The weak anisotropies of stresses and Young modulus for the drifts oriented along σH (σv approximativement égal à σh) is not possible to reproduce the strong anisotropy of fractured areas in the plane σv - σh by a hypo-elasticity model with anisotropic initial diagenesis. For modelling these discontinuities, a rheological model was developed by EGC named SC2D combining two types of elastic-plastic behavior: one is associated with an anisotropic damage resulting behavior of the argillite enhanced by calcite and the other characterizing the phase of clay that means the argillite without reinforcement by calcite and plastic deformation when the stress state reaches the surface of diagenesis. Damage coefficients are evaluated from an extension relation of Weibull in considering the expansion deformations in the directions of diagenesis X(σH), Y(σh), Z(σv). The drifts around the fractured zones are characterized by areas where damage coefficients are unitary. Furthermore, the discontinuities are activated when damage reachesoefficient unit and these discontinuities are perpendicular to the directions of diagenesis and vertical or horizontal with them

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Berthe, Guillaume. "Évolution des propriétés de confinement des roches-couvertures type argilite soumises à des fluides enrichis en CO2 : impact des discontinuités naturelles et artificielles." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795668.

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Abstract:

Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre des études de faisabilité du stockage du dioxyde de carbone en couches géologiques profondes, et portent plus particulièrement sur l'évolution des propriétés de confinement de roches-couvertures de type argilite, soumises à des fluides enrichis en CO2. Pour ce faire, les argilites de Tournemire (Aveyron, France) ont été utilisées comme roches analogues, après avoir identifié leurs possible points de faiblesse vis-à-vis du stockage, à savoir leur minéralogie, la présence de fissures naturelles remplies de calcite et la présence d'interfaces ciment/argilite attendues au niveau des puits d'injection rebouchés. Le montage expérimental de type " diffusion à travers " a été adapté pour permettre d'estimer (i) la possible modification des paramètres de transport diffusif enregistrés, avant et après attaque acide, pour les différents traceurs radioactifs (tritium et chlore-36) et non-radioactifs (deutérium et bromure) utilisés pour caractériser les échantillons d'argilite de Tournemire et de pâte de ciment et (ii) l'évolution des compositions chimiques des solutions contenues dans les réservoirs amont et aval des cellules de diffusion au cours des attaques acides. Enfin, l'analyse des solides a été réalisée pour partie par MEB-EDS, µTomographie-X et DRX. Tout d'abord, pour l'ensemble des échantillons étudiés, les valeurs des paramètres de transport déterminées avant attaque acide (coefficient de diffusion effectif et porosité) sont cohérentes avec celles de la littérature. En outre, il apparaît que tous les matériaux ont fortement réagi aux attaques acides. Ainsi, les argilites ont vu leurs paramètres de diffusion augmenter jusqu'à un facteur deux, notamment pour les traceurs anioniques, et ce, quelque soit la proportion de minéraux carbonatées présents initialement dans les échantillons d'argilite. Les observations post-mortem ont permis l'identification d'une zone de dissolution des minéraux carbonatés en leur au sein, mais dont l'extension (400 µm au maximum) ne peut à elle seule expliquer cette importante dégradation des propriétés de confinement. Seuls des phénomènes non observables à l'échelle d'investigation, tels des effets de digitation au sein du réseau poreux pourraient en être à l'origine. Par ailleurs, les échantillons d'argilites recoupés par des fissures naturelles ont systématiquement développé des courts-circuits hydrauliques, qui s'expliquent par la mise en place d'un processus de chenalisation préférentielle au sein même de la fissure, observé au MEB-EDS et par µTomographie X. De plus, les matériaux cimentaires ont vu leurs propriétés de confinement améliorées, et ce, plus le fluide d'attaque était proche de la neutralité. Ceci est lié à l'apparition d'une croûte de calcite d'environ 30 µm d'épaisseur, situé à l'avant d'une zone de dissolution, dont l'épaisseur est proportionnelle à la quantité d'acide en solution. Cette croûte imperméable, obstruant la porosité, serait responsable de la diminution des paramètres de diffusion, observée à l'échelle de l'échantillon, ainsi que le reproduisent les simulations numériques. Enfin, les interfaces ciment/argilites n'ont pas révélé de changement de leurs propriétés de confinement à l'échelle globale, la dégradation des argilites étant compensé par l'aggradation du ciment via la formation de cette croûte de calcite.

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Pomies, Catherine. "Traçage isotopique des migrations d'uranium dans l'environnement granitique de la minéralisation uranifère de Palmottu (sud-ouest Finlande)." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20111.

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Abstract:

Des recherches ont ete engagees a travers le monde pour evaluer les possibilites de confinement des dechets nucleaires en formations geologiques profondes. La mineralisation uranifere de palmottu (finlande) est un analogue naturel permettant l'etude des migrations d'uranium au cours du temps dans un milieu cristallin fracture soumis a differents regimes de circulations. Les cristallisations de carbonates de calcium presentes dans les fractures des roches ont ete etudiees comme temoins des circulations hydrothermales anciennes ou actuelles susceptibles de disperser l'uranium dans le milieu. Cinq forages repartis le long de deux profils est-ouest recoupant la mineralisation uranifere ont ete echantillonnes. Les fractures les moins contaminees par la presence d'argiles ont ete selectionnees. Ces fractures sont tres fines (0. 05 a 1 mm), la quantite d'echantillon disponible pour les analyses est donc reduite. De plus, les analyses au meb de ces fractures revellent la presence, dans la matrice carbonatee, d'argiles et de micro-inclusions de pyrites et coffinites. La mineralogie complexe des remplissages de fractures, ainsi que la faible quantite d'echantillons disponibles (< 100 mg) a oblige au developpement de techniques analytiques adaptees (tims et sims). Les compositions isotopiques en u/th, pb, sr, c et o ont neanmoins pu etre analysees. Les rapports 2 3 4u/ 2 3 8u des eaux souterraines actuelles ont ete egalement mesures. Les isotopes du pb ont permis de dater a 1925 ma l'evenement hydrothermal responsable de la mise en place de la mineralisation d'uranium et probablement de la cristallisation des remplissages de fractures. Des concentrations sub-actuelles d'uranium au sein des cristallisations de fractures ont ete cependant mises en evidence par les datations u/th. Ces mobilisations d'uranium ont pu etre mises en evidence a plusieurs echelles, le long des profils etudies et dans les fractures elles memes. Neanmoins la dispersion de l'uranium dans le milieu semble fortement limitee, les echantillons d'eaux et de remplissages de fractures presentant de fortes concentrations en uranium sont localises a proximite des lentilles d'uraninite (100 m). En depit des circulations actuelles et passees, le confinement de l'uranium est assure par des phenomenes naturels de reprecipitation de l'uranium dissous.

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Zheng, Lifeng. "Contribution à la modélisation du comportement différé du massif rocheux fracturé." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10060/document.

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Abstract:

La stabilité à court terme et à long terme sont deux aspects importants dans l'analyse de la stabilité des pentes. L'objectif de cette étude est de proposer des modèles numériques pour simuler le comportement mécanique à court terme et à long terme de la matrice rocheuse et joints rocheux. Pour la matrice rocheuse, un modèle élasto- endommagement qui prend les deux situations, de compression et de traction en compte est utilisé. Un paramètre est introduit pour mettre l'accent sur l'influence de la pression de confinement. Et puis un modèle de fluage de la matrice rocheuse qui compte le paramètre de dommages comme une variable dépendant du temps est proposé. Les résultats des simulations montrent un exact accord avec les résultats expérimentaux. Généralement, joints rocheux sont la partie la plus fragile dans les structures rocheuses. Pour joints rocheux, l'aspérité de la surface commune est représentée par un paramètre JRC. Ce paramètre est lié à l'angle de frottement, et donc affecte la rigidité en cisaillement de joint. Dans ce travail, un modèle constitutif est employé sur la base de cette théorie présentée, et le paramètre JRC est proposé comme une variable dépendante du temps, ce qui représente la dégradation de l’aspérité avec le passage du temps. Une simulation est réalisée et vérifiée que ce modèle est capable de décrire les phénomènes de fluage. Extended finite element method (XFEM) est introduit et appliqué dans le modèle de joint de décrire exactement l'état réel des joints. Une simulation d'une structure complexe est effectuée à la fin pour vérifier la capacité de simuler de ces modèles
Short-term and long-term stability are two important aspects in analyzing slope stability. The objective of this study is to propose the numerical models to simulate the short and long-term mechanical behaviour of rock matrix and rock joint. For rock matrix, one elasto-damage model which takes both the compressive and tensile situations into account is employed. One parameter is introduced to emphasize the influence of confining pressures. And then one creep model for rock matrix which considering the damage parameter as a time-dependent variable is proposed. The simulation results show great agreement with experimental results. Generally, rock joints are the most fragile part in rock structures. For rock joint, the asperity of joint surface is represented by a parameter JRC. This parameter is related to the friction angle, and then affects the shear stiffness of joint. In this work, a constitutive model is employed based on this theory, and then the parameter JRC is proposed to be a time-dependent variable, which represents the graduate degradation of joint asperity with time passage. One simulation is performed and verified that this model is capable to describe creep phenomena. The extended finite element (XFEM) theory is introduced and applied in the joint model to exactly describe the real condition of joint. A simulation of one complicated structure is performed at last to verify the simulating ability of these models

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Dissertations / Theses on the topic 'Fluide de fracturation'

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