Dissertations / Theses on the topic 'Gisements hydrothermaux – Dynamique des fluides'

L'optimisation de l'exploitation d'un gisement pétrolier passe par la connaissance de la distribution des fluides en présence. Il est donc important de comprendre les phénomènes influant sur les hydrocarbures dans un réservoir afin de pouvoir modéliser l'état initial du gisement. Les contraintes agissant sur le système sont la gravité et le gradient géothermique. La grande extension verticale des réservoirs met en lumière un phénomène physique habituellement absent de la modélisation d'écoulements, la ségrégation gravitationnelle. Celle-ci peut être amplifiée ou atténuée par la thermodiffusion qui apparaît lorsqu'un gradient de température est imposé à un mélange. Enfin, certaines inhomogénéités peuvent amener localement le système à entrer en convection. Le modèle présenté dans ce document permet d'intégrer l'ensemble de ces phénomènes mais il constitue aussi une nouvelle approche de la modélisation des mélanges. En effet, le système d'équations basé sur la thermodynamique des processus irreversibles ne comprend pas une équation de mouvement du mélange et (n-1)-équations d'advection-diffusion mais n-équations de mouvement.

Le gisement de Panasqueira W-Cu-Sn (Portugal) est constitué de veines minéralisées sous-horizontales de Qtz-Wfm-Cst-Ms-Toz-sulfurs. La dissolution-recristallisation de Qtz est la règle, compliquant la mise en place de la séquence paragénétique et l’étude des premiers stades sur la superposition ultérieure. Une grande partie de cette thèse est consacrée à l’étude minéralogique du premier stade de dépôt de la wolframite (Wfm), qui est le plus précieux en termes de quantité de W. Il est précédé d’une tourmalinisation coeval avec rutile riche en W (305.2 5.7Ma). Des études sur le rutile ont montré que le zonage oscillatoire est le résultat du mélange successif entre un fluide riche en W, et pauvre en Nb+Ta, avec un fluide riche en Nb+Ta et pauvre en W. De plus, la composition du cristal de Tur (bon enregistreur de la chimie du fluide) a confirmé une origine multi-sources pour le transport de W et le dépôt de la Wfm. Cependant, le transport hydrothermal et le dépôt de W ne sont pas bien contraints. Ici, nous utilisons la spectroscopie Raman couplée à la technologie capillaire pour définir la stabilité des polymères de tungstène à différentes températures (jusqu’à 400 °C) et pH. En conséquence, tungstène a une forte tendance à former des complexes caractérisés par des structures Kegging dans des conditions acides qui précipitent à T élevé, tandis que sa solubilité augmente avec l’incrément de pH. Des études d’inclusion de fluides ont été prises en considération dans ce travail, pour évaluer l’évolution du système hydrothermal de Panasqueira. FI sur le quartz appartenant aux derniers stades de dépôt ont été examinés et les résultats ont montré que les conditions de piégeage sont caractérisées par une pression plus faible et des températures élevées. Ceci permet de conclure que le gradient géothermique élevé a affecté les zones étudiées à plusieurs stades et est lié à l’advection thermique produite par les granites cachés de 305 à 295 Ma<br>Panasqueira W-Cu-Sn deposit (Portugal) consists of sub-horizontal mineralized veins of Qtz-Wfm-Cst-Ms-Toz-sulfurs. Qtz dissolution-recrystallization is the rule, complicating the setting up of the paragenetic sequence and the study of earliest stages over later superimposition. A considerable part of this thesis is devoted to the mineralogical study of the first wolframite (Wfm) depositional stage, which is the most valuable in terms of ore (W)-quantity. It is preceded by a tourmalinization coeval with W-rich rutile (305.25.7Ma). Studies on rutile have shown that oscillatory zoning is the result of the successive mixing between a W-rich, Nb + Ta poor fluid, with a Nb+Ta-rich and W-poor fluid. Also, Tur crystal composition (good recorder of the ore-fluid chemistry) has confirmed a multi-sources origin for W-transport and Wfm deposition. However, the hydrothermal transport and deposition of W are not well constrained. Here we use Raman spectroscopy coupled to the fused silica glass capillary technic to define the stability of the tungsten-polymers at different temperatures (up to 400°C) and pH. As a result, tungsten has a strong tendency to form complexes characterized by Kegging structures in acidic conditions which precipitate at high T, while its solubility increase with the pH increment. Fluid inclusion studies have been taken in consideration in this work, to evaluate the evolution of Panasqueira hydrothermal system. FI on quartz belonging to latest depositional stages have been examined and results have shown that trapping conditions are characterized by lower pressure and elevated temperatures. This allows to conclude that high geothermal gradient affected the studied zones at several stages and are related to heat advection produced by concealed granites from 305 to 295 Ma

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.

Cette thèse vise à comprendre les processus thermiques et les régimes d'écoulement de fluides menant à <br />la genèse de gisements d'or mésothermaux. <br />Deux approches de modélisation numérique sont utilisées, une régionale, caractérisant le régime thermique conductif pré-minéralisation et l'autre locale ajoutant la convection hydrothermale syn-minéralisation. Les modèles sont appliqués à un cas représentatif, les gisements mésothermaux Paléoprotérozoïques géants de la ceinture d'Ashanti au Ghana. D'après les résultats, la valeur du flux de chaleur mantellique déduite, 30mW.m-2, est compatible avec la présence d'un panache dans la région à ~2 Ga. La prise en compte de la dépendance de conductivité thermique en température apparaît nécessaire pour ne pas surestimer la valeur déduite. Des régions potentiellement favorables au dépôt de l'or sont identifiées et les zones faillées où les écoulements sont 3D mènent à une périodicité spatiale du dépôt cohérente avec les données de terrain.

Les gisements à Sn-W de type veine et greisen sont des systèmes magmatiques-hydrothermaux dont l’exploitation fournit une part importante de la production mondiale de tungstène et qui représentent également une source importante d’étain. La formation de ces gisements résulte d’un continuum de processus magmatiques et hydrothermaux et implique un transport efficace et la focalisation des fluides minéralisateurs. Cette étude vise àaméliorer la compréhension des processus hydrodynamiques et géologiques impliqués lors du transport et du dépôt de métaux conduisant à la formation de ces gisements. Nous avons réalisé une étude pluridisciplinaire combinant (i) travail de terrain (étude géologique et structurale), (ii) reconstruction des paléo-circulations hydrothermales via l’analyse texturale des bandes de croissance des tourmalines, (iii) détermination expérimentale des changements de perméabilité induits par la greisenisation et (iv) modélisation numérique des écoulements péri-granitiques prenant en compte l’évolution de la perméabilité dynamique lors des interactions fluide-roche. Cette méthodologie a été appliquée au cas du gisement W-Sn-(Cu) de Panasqueira, qui constitue un site de référence pour étudier les processus magmatiques e thydrothermaux conduisant à la formation de gisements à Sn-W de classe mondiale. Les résultats obtenus démontrent que l’expulsion des fluides magmatiques minéralisés a déclenché la greisenisation des parties apicales (coupoles etapex) de l’intrusion granitique, entraînant la création de porosité (~ 8,5%) qui améliore significativement la perméabilité(de 10-20 à 10-17 m²) au sein du greisen massif composant le toit de l’intrusion. Le développement de ce niveau perméable constitue un drain important favorisant l'expulsion et la focalisation des fluides magmatiques minéralisateurs exsolvés lors de la cristallisation du granite sous-jacent. Cette focalisation des décharges hydrothermales (i) améliore significativement le transport des métaux, et (ii) favorise l'établissement de conditions de pression de fluide élevées qui couplées aux contraintes régionales compressives causent l'ouverture des veines minéralisées au toit de l’intrusion.Cette étude souligne l’importance des rétrocontrôles entre perméabilité dynamique et altération hydrothermale. Ces derniers constituent des mécanismes majeurs permettant d’améliorer significativement la circulation des fluides minéralisateurs et donc la formation de gisements hydrothermaux de grandes tailles<br>The vein and greisen Sn-W deposits are magmatic-hydrothermal systems that provide an important part of theworld W production and represent an important source of Sn. The formation of these deposits involves continuum ofmagmatic-hydrothermal processes and implies the transfer and the focusing of a large amount of mineralizing fluids. Thisstudy aims to improve understanding of hydrodynamic and geological processes involved during the transport and thedeposition of metals leading to the formation of these deposits. We have performed a complete study combining (i) fieldworks (geological and structural studies), (ii) fluid flow reconstruction via the textural analysis of tourmaline growth bands,(iii) experimental determination of permeability changes during greisenization, and (iv) numerical modeling of peri-graniticfluid flow accounting for magmatic fluid production and dynamic permeability related to fluid-rock interactions. Thismethodology was applied in the case of the world-class W-Sn-(Cu) Panasqueira deposit, which represents a referencesite to study magmatic-hydrothermal processes leading to the formation of large vein and greisen deposit. Our resultsdemonstrate that the releasing and the expulsion of ore-bearing magmatic fluids triggered greisenization of the apicalpart of granite intrusion, which caused generation of porosity (~8.5%) and therefore a significant increase of permeability(from 10-20 to 10-17 m²) in massive greisen composing the granite’s roof. The development of this permeable pathwayconstitutes an important drain promoting the expulsion and the focusing of magmatic fluids produced during thecrystallization of the underlying granite. This enhancement of magmatic fluids expulsion (i) promotes significantly fluidflux and transfer of metals, and (ii) the establishment of high fluid pressure conditions, which coupled with the regionalcompressive crustal regime, triggered the opening of mineralized veins above the granite roof. Finally, this studyemphasizes that reactive hydrothermal fluids are able to generate their own pathways in initially impermeable rocks. Thisprocess represents an important mechanism to enhance fluid flow and promote the formation of large hydrothermaldeposits

Les gisements d'or hydrothermaux de la région de Val d'Or (Abitibi, Québec) se présentent sous forme de veines de quartz-tourmaline-carbonates-pyrite en cisaillement ou en extension se développant dans et autour de zones de cisaillement inverses EW en régime de compression horizontale NS. La formation de ces gisements a été expliquée par le modèle de valve sismique. Le paramètre essentiel contrôlant la formation de ces veines est la pression fluide, paramètre que nous avons tenté d'appréhender par l'étude des inclusions fluides. Une étude d'inclusions fluides a été entreprise dans les veines des mines Sigma, Dumont-Bras-d'Or et Donalda afin de déterminer les conditions P-V-T-X des fluides responsables de leur formation et d'estimer l'amplitude des fluctuations de la pression fluide. Les études microscopiques, les données microthermométriques, les analyses au Raman et les analyses au MEB définissent quatre groupes d'inclusions fluides: les inclusions aquo-carboniques, les inclusions carboniques, les inclusions aqueuses et les inclusions riches en méthane et azote. Les résultats peuvent être interprétés par le piégeage, lors de la formation des veines, d'un fluide parent H2O-CO2-CH4-(N2) de faible salinité et de deux fluides immiscibles (carbonique et aqueux) résultant de la démixion du premier. Les isochores de ces fluides montrent des fluctuations de Pf de 100 à 300 MPa dans les veines d'extension et de 100 à 200 MPa dans les veines de cisaillement à 350°C. Ces données sont compatibles avec le modèle de valve sismique qui fait appel à des variations brutales de pression fluide, associées à une activité séismique

Le gisement de beddiane appartient au district de touissit-bou beker, "chaine des horsts", maroc oriental. Il est encaisse dans la serie alleno-bajocienne, discordante sur le socle paleozoique, et se caracterise, par rapport aux gisements voisins, par sa richesse exceptionnelle en plomb, des concentrations exploitables de cuivre et peu de zinc. L'analyse sedimentologique de la formation carbonatee encaissante a permis de mettre en evidence des sequences transgressives et regressives, traduisant un environnement geologique instable: subsidences saccadees et emersions temporaires, suivies de phenomenes de dissolution-karstification pendant et apres le depot de la formation. L'examen petrographique a permis de distinguer plusieurs types de dolomies et de mettre en evidence deux phases principales de dolomitisation: un diagenetique precoce et une autre epigenetique, tardive. La lithogeochimie, effectuee a partir des carottes de sondages, a montre que toutes les assises carbonatees, sont fortement anormales en pb, zn et cu et plus particulierement les facies micritiques. Trois phases de mineralisations zn, pb et cu ont ete distinguees. La zonalite verticale et horizontale des mineralisations au sein du gisement et la geometrie des karsts mineralises suggerent que les solutions salines hydrothermales (100**(o)c) aient circule d'ouest en est dans cette couverture carbonatee. La presence dans le socle sous-jacent de filons a pb-cu pourrait temoigner d'une origine plus profonde des fluides mineralisateurs

Les terres rares (TR) sont un groupe de métaux utilisés dans de nombreuses nouvelles technologies. Leur production est limitée, il est donc important de trouver de nouvelles sources d'approvisionnement. Les TR sont divisées en TR légères et lourdes, ces-dernières étant plus rares et ayant plus d'applications. Les granites et pegmatites alcalins sont des roches riches en TR lourdes. Une partie de cet enrichissement est d'origine magmatique, mais le rôle des fluides hydrothermaux (i.e. eau, CO2, méthane surtout) pose question. Ce manuscrit se concentre sur l'étude de minéraux communs (amphiboles, pyroxène, zircon) et des inclusions fluides de six zones du monde pour comprendre l'impact des fluides hydrothermaux par rapport à celui des processus magmatiques dans les granites et pegmatites alcalins. Les résultats montrent que la concentration et le fractionnement des TR sont liés à la circulation de fluides hydrothermaux riches en Na et K ou Ca et Na à des températures inférieures à 400 °C<br>The rare earth elements (REE) are a group of metallic elements used in many modern technologies. Their worldwide production is limited, hence it is necessary to find more sources. The REE are divided in light REE and heavy REE, the latter being rarer and with more industrial uses. Alkaline granites and associated pegmatites are rocks rich in heavy REE. Part of this enrichment is known to be magmatic, but the role of hydrothermal fluids (mostly water, CO2 and/or methane) in concentrating and fractionating these elements remains unclear. This work focuses on the study of minerals (amphiboles, pyroxene, zircon mostly) and fluid inclusions in six locations. The influence of hydrothermal fluids on REE relatively to magmatic processes is investigated in alkaline granites and associated pegmatites. The results show that REE concentration and fractionation is indeed linked to the circulation of hydrothermal fluids that are Na-K-rich or Ca-Na-rich and circulate at temperatures below 400 °C

Le tungstène (W) fait partie des « ressources minérales critiques » définies par la Commission Européenne en terme d’approvisionnement pour de nombreuses applications technologiques. Le Massif Central Français (MCF), localisé dans la partie interne de la Chaîne Varisque Européenne, possède un potentiel économique significatif en W (&gt;45 kt WO3) essentiellement sous forme de minéralisations disséminées dans des granites spécialisés ou associées à des systèmes filoniens hydrothermaux péri-granitiques à quartz-wolframite±cassiterite. Le but de cette thèse est (i) de caractériser les sources des fluides et des métaux impliquées dans la formation des minéralisations à W et (ii) de dater ces événements métallogéniques afin de les relier avec l’évolution orogénique de la Chaîne Varisque et notamment avec les événements métamorphiques et magmatiques fini-carbonifères. Ce travail est basé sur l’étude de plusieurs gisements hydrothermaux à W±Sn dans le MCF dans une approche multidisciplinaire combinant pétrographie et minéralogie détaillée, géochimie minérale et isotopique, géochimie en roche totale des granites et roches métamorphiques, géochronologie et étude des inclusions fluides. Les datations U-Pb des wolframites montrent que les minéralisations à W résultent d’événements hydrothermaux distincts sur une période d’au moins 40 Ma, correspondant à trois épisodes géodynamiques majeurs affectant la Chaine Varisque : (i) des minéralisations viséo-namuriennes (333-327 Ma) contemporaines de la compression syn-orogénique et de la mise en place des complexes leucogranitiques peralumineux à 335-325 Ma; (ii) des minéralisations namuro-westphaliennes (315-310 Ma) associées au jeu complexe de conditions compressives et extensives dans les zones internes de la Chaîne Varisque qui caractérise la fin du Carbonifère; (iii) des minéralisations stéphano-permiennes (298-274 Ma) mises en place en contexte post-collisionnel. L’analyse in situ des éléments mineurs et traces dans la wolframite a révélé l’existence de différents types de signatures géochimiques régionales, qui montrent de nombreuses similarités avec celles de granites évolués riches en métaux rares. L’étude détaillée du gisement de Puy-les-Vignes, exemple exceptionnel de minéralisation hydrothermale à W associée à un pipe bréchique, a permis de démontrer la superposition d’un stade à Nb-Ta sur la paragenèse primaire à W, interprété comme la contribution d’un fluide magmatique issu d’une coupole granitique à métaux rares. Ce résultat apparait similaire avec ceux déjà obtenus dans le cas du gisement de W d’Echassières, où le stockwerk à quartz-wolframite de La Bosse est recoupé par le granite à métaux rares de Beauvoir. De même, des aplites et pegmatites à métaux rares impactant les minéralisations à W±Sn ont été mises en évidence à Puy-les-Vignes et à St-Mélany. L’analyse par LA-ICPMS des inclusions fluides du granite de Beauvoir et du stockwerk de la Bosse a permis de caractériser la composition chimique des fluides primaires exsolvés lors de la transition magmatique-hydrothermale et de montrer leurs concentrations très élevées (102-103 ppm) en métaux rares (Sn, W, Nb) et la plus grande mobilité hydrothermale du Nb par rapport à celle du Ta. L’analyse minéralogique et géochimique de minéraux marqueurs des circulations fluides, tels que la tourmaline et les oxydes de titane, apporte de nouvelles évidences sur l’importance du rôle joué par les fluides métamorphiques régionaux précoces pour la mise en place des minéralisations à W-Sn. Enfin, cette thèse apporte des mises au point de développement méthodologique pour l’analyse multi-élémentaire des inclusions fluides et de la wolframite par LA-ICPMS<br>Tungsten (W) is part of the “critical mineral resources” as defined by the European Commission in terms of supply for several technological applications. The French Massif Central (FMC), located in the internal part of the European Variscan belt, is the host for a significant economic potential in W (&gt;45 kt WO3), mainly as disseminated mineralization in specialized granites or associated with peri-granitic quartz-wolframite±cassiterite hydrothermal vein systems. The aim of this thesis is (i) to characterize the fluids and metals sources involved in the genesis of W mineralization and (ii) to date these metallogenic events in the framework of the orogenic evolution of the Variscan belt, especially in link with the late-Carboniferous metamorphic and magmatic events. This work is based on the study of several W±Sn hydrothermal deposits in the FMC using a multidisciplinary approach combining petrography and detailed mineralogy, mineral and isotope geochemistry, whole-rock geochemistry of granites and metamorphic rocks, geochronology and fluid inclusions study. U-Pb dating of wolframite show that the W mineralization formed during several distinct hydrothermal events in a period of at least 40 Ma, corresponding to three major geodynamic episodes affecting the Variscan belt: (i) Visean-Namurian (333-327 Ma) mineralization coeval with the syn-orogenic compression and the emplacement of peraluminous leucogranitic complexes at 335-325 Ma; (ii) Namurian-Westphalian (315-310 Ma) mineralization associated with a complicated setting characterized by coeval compressive and extensive conditions in the internal zones of the Variscan belt, typical of the late-Carboniferous; (iii) Stephanian-Permian (298-274 Ma) mineralization emplaced in post-collisional context. In situ analysis of minor and trace elements in wolframite showed the existence of different types of regional geochemical signatures, which share several similarities with those from rare-metal-rich evolved granites. The detailed study of the Puy-les-Vignes deposit, an exceptional case of hydrothermal W mineralization associated with a breccia pipe, allowed to demonstrate the superposition of a Nb-Ta stage on the primary W paragenesis, which is interpreted as the contribution of a magmatic fluid derived from a rare-metal granitic cupola. This result appears similar with those already obtained in the Echassières W deposit, where the La Bosse quartz-wolframite stockwork is cut by the Beauvoir rare-metal granite. Similarly, rare-metal aplites and pegmatites overprinting W±Sn mineralization have been shown in the Puy-les-Vignes and St-Mélany deposit. LA-ICPMS analysis of fluid inclusions from the Beauvoir granite and the La Bosse stockwork allowed to characterize the chemical composition of the primary fluids exsolved during the magmatic-hydrothermal transition and to show their very high concentrations (102-103 ppm) in rare-metals (Sn, W, Nb), and the higher hydrothermal mobility of Nb compared to Ta. Mineralogical and geochemical analyses of minerals markers of fluid circulations, such as tourmaline and titanium oxides, bring new evidences of the important role played by the early regional metamorphic fluids in the emplacement of W-Sn mineralization. Finally, this thesis gives new methodological developments for the multi-element analysis of fluid inclusions and wolframite by LA-ICPMS

L'évolution géodynamique des bassins exerce un contrôle majeur sur l'évolution des chemins de circulation, de la température, de la pression et de la chimie des fluides diagénétiques. Ceci influence la diagenèse et les propriétés pétrophysiques des réservoirs. Récemment, les modèles géodynamiques des Pyrénées et du bassin sud aquitain ont été revus et mis à jour pour inclure la participation d'une phase de rifting au Crétacé inférieur qui a évolué vers un amincissement crustal extrême couplé à une exhumation du manteau et suivi d'une inversion pendant le Crétacé supérieur et le paléogène. Ce modèle révisé met en évidence l'impact possible des fluides hydrothermaux sur la diagenèse des réservoirs pétroliers dans le sud du bassin aquitain. Ce travail est basé sur l’étude de trois carottes de forage pénétrant dans les réservoirs du Crétacé supérieur (Lacq supérieur) et du Jurassique supérieur au Crétacé inférieur (Lacq inférieur). À l'aide d'une multitude d'outils pétrographiques et géochimiques et d’une modélisation de bassin, nous documentons comment l'hyperextension aptienne a été couplée à la circulation de fluides riches en Mg qui ont partiellement dolomitisé Lacq profond. Le Mg a été fourni à partir des formations riches en argiles présentes en profondeur, tandis que les fortes salinités sont dues à une interaction avec les évaporites du Trias. Différents épisodes de fracturation au cours de la période post-rift, pendant la convergence N-S, ont permis la connexion entre Lacq inférieur et un réservoir de fluides sursaturés vis-à-vis de la calcite. Une troisième phase de circulation de fluides qui s’est terminée pendant la compression Eocène, a précipité des anhydrites massives dans Lacq profond. Dans le même temps, la diagenèse a été marquée par une circulation de fluides hydrothermaux le long des principales failles et fractures au niveau de la crête de l'anticlinal de Lacq. Des dolomies hydrothermales ont été documentées avec des températures environ 40°C plus élevées que celles des roches hôtes environnantes. Différents épisodes de fracturation liés à l'orogenèse pyrénéenne, ont ensuite été responsables de la précipitation de calcite et d'anhydrite. Il apparait que le chargement en pétrole et en gaz dans Lacq supérieur et Lacq inférieur respectivement, se situe pendant la phase post-orogénique. Par conséquent, il est évident que le cadre géodynamique global et l'évolution géologique des foothills pyrénéens, régis principalement par l'hyperextension Aptienne et la convergence Eocène, ont eu un contrôle significatif sur les types, sources et voies de circulation des fluides diagénétiques, pétroliers et gaziers<br>The geodynamic evolution of basins exerts a major control on the evolution of the pathways, temperature, pressure and chemistry of circulating fluids. This in turn influences the diagenesis and petrophysical properties of petroleum reservoirs. Recently, geodynamic models of the Pyrenees and the south Aquitaine basin were revisited and updated to include the involvement of an Early Cretaceous rifting phase that evolved to extreme crustal thinning coupled with mantle exhumation, followed by an inversion and convergence during the Late Cretaceous and the Paleogene. This revised model highlights the possible impact of hydrothermal fluids on the diagenesis of petroleum reservoirs in the southern Aquitaine Basin. This work is based on the study of three drill cores penetrating the Upper Cretaceous (Upper Lacq) reservoirs and the Upper Jurassic to Early Cretaceous (Deep Lacq) reservoirs. Using a multitude of petrographic, geochemical and modeling tools, we document how the Aptian hyperextension was coupled with the circulation of Mg-rich fluids that partially dolomitized Deep Lacq. Mg was provided from the clay-rich formations at depths while salinities were the result of fluid interaction with the Triassic evaporites. Different fracturing episodes during the post-rift stage, when the N-S convergence started, connected Deep Lacq with a pool of fluids oversaturated with respect to calcites. A third fluid pulse, linked to the Eocene compression, precipitated massive anhydrites in Deep Lacq. At the same time in Upper Lacq, diagenesis was marked by orogeny-driven hydrothermal fluid circulations along the major faults and fractures on the crest of Lacq anticline. Hydrothermal dolomites were documented with temperatures nearly 40°C higher than the surrounding host rocks. Different fracturing episodes, related to the Pyrenean orogeny, were later responsible for calcite and anhydrite cementation. The oil and gas infilling of Upper and Deep Lacq respectively are assumed to be post-orogenic. Therefore, it is evident that the overall geodynamic setting and the geologic evolution of the Pyrenean foothills, governed mainly by the Aptian hyperextension and the Eocene convergence, had a significant control on the types, sources and circulation pathways of the diagenetic fluids

Developpement d'un modele numerique pour representer les ecoulements polyphasiques instationnaires dans un milieu poreux bidimensionnel, en presence de perturbations simulant, un puit de production ou d'injection. Les fluides sont du petrole, de l'eau et du gaz que l'on considere comme des fluides faiblement compressibles

La récupération assistée du pétrole est considérée comme une option intéressante pour les réservoirs à faible perméabilité. Cependant, son application peut s'avérer difficile pour des perméabilités inférieures à 100mD, en raison des problèmes d'injectivité et de rétention élevée des additifs chimiques fréquemment observés dans ces cas. Ce travail de thèse vise à étudier l'impact des paramètres physico-chimiques et minéralogiques sur le transport des solutions de polymère dans des milieux poreux modèles de faibles perméabilités. Pour cela, des expériences d'injection de polymère ont été menées en utilisant des solutions d'HPAM de différentes forces ioniques et duretés et quatre milieux granulaires à base de quartz et trois types d'argiles: kaolinite, illite et smectite. Les résultats confirment le rôle majeur joué par la composition de l'eau d'injection (salinité et dureté) sur la conformation des polymères et sur les interactions polymères-minéraux. De fortes interactions entre le polymère et l'argile sont mises en évidence avec des différences significatives selon le type d'argile : bonne propagation et rétention élevée du polymère dans une argile non chargée et non gonflante (kaolinite) et faible propagation avec une rétention plus faible que prévu dans les argiles chargées ou gonflantes (illite, smectite). Ces résultats constituent de nouveaux éléments pour la compréhension du transport des solutions de polymères dans les réservoirs de grès à faible perméabilité<br>Chemical Enhanced Oil Recovery (EOR) is considered as an attractive option for low permeability reservoirs, in particular where lack of gas supply does not allow gas injection processes. However, its application can be challenging for permeabilities below 100mD, as poor injectivity and high chemical retention are frequently observed in these cases. This work aimed at investigating the impact of both chemical and mineralogical parameters on the transport of polymer solutions in well-controlled low permeability porous media. For that, polymer injection tests were carried out using HPAM solutions of different ionic strengths and hardnesses and four granular sand-clay packs using quartz and three types of clays: kaolinite, illite and smectite. Results confirm the major role played by the injection water composition (salinity and hardness) on polymer conformation and on polymer-minerals interactions. Strong interactions between polymer and clay are evidenced with significant differences according to the clay type: good propagation and high polymer retention in an uncharged and non-swelling clay (kaolinite) and poor propagation with lower retention than expected in charged or swelling clays (illite, smectite). These outcomes stand as new elements for understanding the transport of polymer solutions in low permeability sandstone reservoirs

La plupart des méthodes pour la modélisation des réservoirs fracturés reposent sur le modèle de Warren et Root (1963). Mais ce modèle reste limité par : l'hypothèse d'un volume élémentaire représentatif, l'évaluation des transferts matrice-fractures, l’idéalisation du système fracturé, l'emploi de conditions aux limites locales. La méthode développée répond à ces quatre points. Un réseau de fractures et une grille de matrice sont discrétisés conjointement, puis un changement d'échelle est réalisé. Un ensemble de nœuds représentatifs est sélectionné, et un système simplifié équivalent est construit par décimation des autres nœuds en assurant la conservation des pressions et des débits sans imposer de conditions aux limites. Enfin le nombre de connexions est réduit et les transmissibilités restantes sont calculées par une procédure d'optimisation. Ces systèmes simplifiés ont été résolus plus rapidement lors de simulations d’écoulement tout en reproduisant le comportement du modèle fin<br>Most methods for modeling fractured reservoirs rely on the model of Warren and Root (1963). But this model is limited by: the assumption of a representative elementary volume, the evaluation of matrix-fracture transfers, the idealization of the fractured system, the use of local boundary conditions. The developed method overcomes these four points. A fracture network and a matrix grid are jointly discretized, then an upscaling is carried out. A set of representative nodes is selected, and an equivalent simplified system is built by decimating the other nodes while ensuring the preservation of pressure and flow rate and without imposing any boundary conditions. Finally the number of connexions is reduced and the remaining transmissibilities are evaluated by an optimization procedure. These simplified systems have been solved more quickly by the flow simulator while reproducing the fine model behavior

Nous avons développé un code de calcul permettant de simuler et d'analyser des expériences de laboratoire d'injection de solutions micellaires dans des carottes de sol dans un but de récupération d'huile résiduelle. Après avoir identifié et représenté par des modèles appropriés les différents processus mis en jeu au cours du transport (modification des tensions interfaciales, des équilibres de phases, interactions physicochimiques) nous avons bâti notre modèle de transport à partir des équations de bases établies sur un réseau d'écoulement. Nous avons démontré la stabilité du modèle et, sur des exemples de simulation, nous avons proposé une démarche pour identifier des processus d'interactions à partir de résultats d'expérience de transport. Enfin, on a pu donner des exemples de simulations d'expériences de déplacement d'huile résiduelle en prenant en compte les interactions physico-chimiques au sein du milieu poreux

Du fait de la raréfaction des gisements de pétrole conventionnel et de l'accroissement de la demande mondiale, les compagnies pétrolières sont amenées à considérer de nouvelles réserves inexploitées car trop coûteuses à l'exploitation il y a quelques années. Ce travail est consacré à la simulation numérique d'un procédé d'extraction de pétrole lourd, le VAPEX, caractérisé par l'injection de solvant facilitant le drainage par gravité de l'huile. L'enjeu principal de cette thèse est de simuler numériquement et avec précision, le mécanisme de pénétration du solvant dans l'huile, cette zone de pénétration étant relativement mince à l'échelle du réservoir. Notre travail a porté sur l'utilisation d’algorithmes de raffinement adaptatif de maillages pour la simulation de ce procédé. Ces considérations nous ont amené à considérer la problématique d'application d'algorithmes de raffinement de maillages en milieu poreux, et plus particulièrement en milieux poreux hétérogènes pour lesquels les indicateurs (ou estimateurs) existants permettant de déterminer les zones à raffiner ne sont pas clairement établis. Dans un premier temps, nous mettons en place l'ensemble des équations que nous sommes amené à résoudre numériquement au cours de l'élaboration des codes de simulation de procédés d'extraction par injection d'eau et de solvant. Nous décrivons ensuite le procédé VAPEX, et nous établissons l'étude semi-analytique de Butler &amp; Mokrys du procédé à laquelle nous ajoutons la prise en compte des termes capillaires. Nous décrivons ensuite deux méthodes mathématiques permettant d'établir des estimateurs a posteriori pour de tels problèmes. Au cours de ce travail, nous mettons en place deux codes de simulation de réservoirs, le premier est un simulateur basé sur une discrétisation des équations par une méthode de discrétisation par éléments finis mixtes hybrides et permettant de simuler des problèmes d'injection d'eau et le second est basé sur une méthode de discrétisation par volumes finis permettant de simuler des procédés d'injection de solvant tels que le VAPEX. Nous utilisons ensuite ces estimateurs par le biais d’un algorithme de raffinement de maillages pour ces deux codes de simulation. L'étude du modèle semi-analytique que nous avons faite du procédé VAPEX montre que sous certaines hypothèses le terme capillaire peut être assimilé à un terme diffusif pour prédire l'avancement du front. Les estimateurs mis en place basés sur les variations des flux permettent de déterminer les zones de front pour des réservoirs hétérogènes. Nous illustrons ce résultat sur une simulation d'un problème d'injection d'eau à l'aide du simulateur mis en place. Les estimateurs mis en place permettent également de capter les fronts des saturations des phases et de concentration des constituants. Nous illustrons ce résultat sur une simulation du procédé VAPEX.Ce travail a amené à la mise en place d’estimateurs permettant de raffiner des maillages autour des fronts de saturation et de concentration pour des milieux poreux hétérogènes au cours de la simulation d'écoulements en milieux poreux. Pour caractériser ces estimateurs, nous avons distingué un front de saturation (resp. concentration), qui correspond est une forte variation de saturation (resp. concentration) engendrant une forte variation du flux, d'un fort gradient de saturation (resp. concentration) qui apparait automatiquement lorsque la perméabilité du milieu poreux varie brutalement. Les extensions de ce travail pourraient permettre de mettre en œuvre plus de simulations faisant varier les termes capillaires et les termes dispersifs affin de mieux apprécier le comportement des estimateurs introduits. Il serait également intéressant d'étudier l'impact des hypothèses faites pour établir les estimateurs empiriques utilisés. Enfin, de tels estimateurs pourraient s'appliquer à des codes de simulation tenant compte de la dispersion en milieu poreux<br>With rarefaction of conventional petroleum fields and the world supply increase, petroleum companies have to consider new unexploited reserves because of their exploitation cost few years ago. These reserves are called unconventional reserves, mainly heavy oil or extra heavy oil. This work is devoted to the numerical simulation of an extraction process of heavy oil, the VAPEX. VAPEX is characterized by solvent injection in a horizontal well in order to facilitate gravity drainage of oil in a producer well situated in the same way under the injector well. The main stake to simulate this process is to simulate the mechanism of solvent penetration in oil with precision, this penetration zone being very thin drawn to the reservoir scale. We focus our work on application of algorithm of adaptive mesh refinement to simulate this process. This consideration lead us to consider the issue of application of mesh refinement in porous media, especially in heterogeneous porous media for which existing indicators (or estimators) do not allow to determine properly the zone to be refined. The objective of this work is to determine a posteriori estimators for implementation of simulation codes of heterogeneous petroleum reservoirs and their application to the VAPEX process. Firstly, we set the whole equations we have to solve numerically to build simulators of petroleum extraction processes by water injection and solvent injection. Then, we describe the VAPEX process and we establish the semi-analytical study of Butler &amp; Mokrys of this process for which we take in account influence of capillarity. Afterwards, we describe two mathematical methods to establish a posteriori estimators for such problems. One of these methods is based on empirical extrapolation of existing estimators for hyperbolic problems given by Ohlberger. In the course of this work, we set two simulation codes of petroleum reservoirs, the first is a simulator based on equations discretisation by mixed finite element method allowing simulation of water injection problems and the second is based on discretisation by finite volumes method allowing simulation of solvent injection processes like the VAPEX. Then, we apply these estimators to an algorithm of mesh refinement for these two simulation codes. The study of the semi-analytical model set of the VAPEX process show that under hypothesis, capillarity can be likened to a diffusive term to determine the front tracking. Estimators set are based on flux variation and allow determining sharp zone to be refined in heterogeneous porous media. We illustrate this result for a simulation of water injection with the simulator built. The estimators set can also track saturations fronts and concentrations fronts. We illustrate this result on a simulation of the VAPEX process. This work shows it is possible to set estimators allowing mesh refinement to track saturations and concentrations fronts during simulation of flow in heterogeneous porous media. To set such estimators, we make a distinction between saturation (resp. concentration) front and high saturation (resp. concentration) gradient. To our point of view, a front is a high variation of saturation or concentration that has a high impact on the flux variation. It is different from a high gradient that appear automatically where the permeability of the porous media has a high variation. This work could be complemented by making more simulations with variations of capillarity and dispersive terms in order to have a better appreciation of estimators introduced. It would be advisable to study the impact of suppositions done to establish these empirical estimators set. After all, such estimators could be applied to a simulation code taking in account dispersion in porous media

L’objet de cette thèse est de développer des méthodologies permettant d’identifier la distribution spatiale des valeurs de perméabilité dans des échantillons de roches. Nous avons tout d’abord développé en laboratoire des expériences d’injection de fluide miscible très visqueux dans des échantillons initialement saturés par une saumure peu visqueuse. Pendant l’injection, l’évolution au cours du temps de la pression différentielle entre les deux faces de l’échantillon a été enregistrée par des capteurs de pression. En outre, des mesures scanner ont fourni une carte 3D de la porosité ainsi que des cartes 3D décrivant la distribution spatiale des concentrations dans l’échantillon à différents temps. Nous avons mis en place une méthode d’interprétation donnant directement le profil 1D de la perméabilité le long de la direction d’écoulement à partir de la pression différentielle mesurée au cours du temps. Cette méthode a été validée numériquement et expérimentalement. Puis, afin d’affiner la description de l’agencement des valeurs de perméabilité dans l’échantillon, c’est à dire d’obtenir un modèle 3D de perméabilité représentatif de l’échantillon, nous avons développé une méthodologie itérative de calage des pressions et des concentrations. Cette méthode passe par deux étapes : une optimisation simple pour capturer l’hétérogénéité dans la direction de l’écoulement et une optimisation complexe pour capturer l’hétérogénéité transverse. Cette méthode a été validée à partir de tests numériques. La méthode a été appliquée à deux des expériences d’injection de fluide visqueux. Nous avons pu alors déterminer des modèles de perméabilité capables de reproduire assez bien les données de pression et de concentration acquises pendant l’injection<br>The objective of this study is to develop new methodologies to identify the spatial distribution of permeability values inside the heterogeneous core samples. We developed laboratory viscous miscible displacements by injecting high viscosity glycerin into the core samples initially saturated by low viscosity brine. The pressure drop across the samples was measured as a function of time until breakthrough. Meanwhile, CT scan measurements provided a 3D porosity map plus several 3D maps of concentration distribution inside the core samples at different times. A simple permeability mapping technique was developed deducing a one-dimensional permeability profile along the flow direction from the measured pressure drop data. The method was validated with both numerical and laboratory experiments. To go beyond one-dimensional characterization of permeability into cores, we developed an iterative process for matching pressure and concentration data. This method consisted of two steps: a simple optimization for capturing the permeability heterogeneity along the flow direction axis and a complex optimization for capturing transversal permeability heterogeneities. The methodology was validated by numerical data. It was also applied to the data collected from two laboratory viscous miscible displacements. We showed that the final 3D permeability models reproduce well the measured pressure drop and concentration data

Dans cette thèse, nous développons le modèle phénoménologique optimisé de lessivage chimique in situ (ISL) de l'uranium par l'injection d'acide sulfurique, en prenant en compte la précipitation des espèces non-solubles telles que le gypse, qui réduisent la récupération de l'uranium. Le modèle proposé décrit le transport de masse avec des réactions chimiques hétérogènes entre le liquide et les roches solides, qui mènent à la dissolution des oxydes d'uranium et à la récupération de l'uranium sous forme liquide. Ce modèle comprend à la fois des réactions utiles, qui décrivent la dissolution de divers types d'oxydes d'uranium, et les réactions néfastes qui conduisent à la précipitation des sédiments solides (gypse), dont les flocons couvrent la surface de canaux poreux et réduisent l'efficacité des réactions utiles. Parmi les résultats qualitatifs, nous avons révélé l'existence d'un taux critique de sédimentation de gypse, en dessous duquel la récupération ultime de l'uranium est complète. En revanche, elle tend à une valeur limite inférieure à 100% lorsque le taux de sédimentation est supérieur à la valeur critique. Ce taux de récupération limite dépend de divers paramètres du processus. La théorie et la méthodologie développées dans ce travail peuvent être facilement étendues et appliquées aux autres types de minerais qui sont récupérés par la méthode de lessivage in situ, et autres types de solvant<br>In the present thesis we develop the optimized phenomenological model of in-situ chemical leaching (ISL) of uranium by the injection of sulfuric acid, with special account for the precipitation of non-soluble species as gypsum, which reduces the uranium recovery. The suggested model describes the mass transport with heterogeneous chemical reactions between liquid and solid rocks, leading to dissolve uranium oxides and recover uranium in liquid form. It includes both useful reactions, describing the dissolution of various kinds of uranium oxides, and detrimental reactions, leading to the precipitation of solid sediments (gypsum), whose flakes cover the surface of porous channels and reduce the efficiency of useful reactions. Among the qualitative results we revealed the existence of a critical rate of gypsum sedimentation, below which the ultimate uranium recovery is complete. In contrast, it tends to a limit value lower than 100% when the sedimentation rate is higher than the critical value. This limit recovery depends on various parameters of the process. The theory and the methodology developed in this work can be easily extended and applied on other type of ores that are recovered by in-situ leaching method and other types of solvents