Dissertations / Theses on the topic 'Modèles pétrophysiques'

Dans un contexte de changements globaux et de transitions écologiques et énergétiques, le changement climatique induit une sècheresse récurrente et de crise de la ressource en eau dans plusieurs régions et continents. Il est donc crucial d'étudier les aquifères d'eaux douces afin d'accompagner ces transitions et assurer une gestion et une utilisation durable et raisonnée de cette ressource vitale. En l'occurrence, la zone vadose qui joue un rôle important dans la recharge de ces aquifères et le transfert d'éventuels polluants et d'intrants. La plupart du temps, cette zone non saturée en eau, se caractérise par la présence d'hétérogénéités (structure de pores, fractures, variation minéralogique) multi-échelles notamment lorsqu'il s'agit d'un milieu calcaire. Ces hétérogénéités sont complexifiées par les processus diagenétiques liés principalement à l'altération physico-chimique et minéralogique. La surimposition de ces phénomènes primaires et secondaires rend difficile l'estimation des propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité, saturation en eau) à partir des méthodes géophysiques. Parmi ces méthodes couramment utilisées, les méthodes acoustique et électrique sont bien adaptées car il existe, à priori, un lien étroit entre les hétérogénéités et les propriétés mesurées.Les travaux de recherche menés dans le cadre de cette thèse s'appuient ainsi sur une approche multi-géophysique permettant de mieux caractériser un réservoir carbonaté complexe en se basant notamment sur une analyse pétrophysique combinée à une description microstructurale fine.Dans ce travail, nous avons démontré l'influence de la microstructure sur la prédiction et la modélisation des propriétés pétroacoustiques ce qui conduit à une bonne discrimination de certains faciès, utile pour améliorer les modèles de simulation d'écoulements. De plus, ce travail a aussi permis de montrer la pertinence de la conductivité complexe dans la caractérisation des calcaires et la prédiction de leur perméabilité. Cependant, des développements supplémentaires sont nécessaires concernant la problématique du changement d'échelles des réservoirs complexes et hétérogènes
In a context of global changes and ecological and energy transitions, climate change induces recurrent drought and water resource crisis in several regions and continents. It is crucial to study groundwaters in order to support these transitions and ensure effective management and use of this vital resource. In particular, the vadose zone which plays an important role in the recharge of these groundwaters and the transfer of possible pollutants and inputs. Most of the time this unsaturated zone is characterized by multi-scale heterogeneities (e.g., pore structure, fractures, mineralogical variation) particularly in a limestone environment. These heterogeneities are complexified by diagenetic processes linked mainly to physicochemical and mineralogical alteration which leads to uncertainty in reservoir property (e.g., porosity, permeability, water saturation) estimation from geophysical methods. Among these methods, acoustic and electrical methods are well suited because of the strong relation between heterogeneities and the measured properties.This thesis relies on a multi-geophysical approach in order to better characterize a complex carbonate reservoir using petrophysical measurements combined with microstructural descriptions. Based on this approach, we demonstrated the influence of rock structure on the prediction and modeling of petroacoustic properties. This work leads to a good discrimination of some facies, which can be used to improve simulation and flow models. In addition, we demonstrate the relevance of complex conductivity measurements in limestone characterization and permeability prediction. However, additional developments are needed to understand the upscaling problematic for heterogeneous and complex reservoirs

La connaissance de la structure thermique interne de la Terre est essentielle pour mieux appréhender les phénomènes géologiques observables à la surface du globe. Cette structure thermique est déterminée par les échanges thermiques conductifs et convectifs au sein du manteau. Ces derniers sont essentiellement contrôlés par les propriétés de transport thermique des roches du manteau. Le travail de thèse propose une étude de ces propriétés par la détermination expérimentale de la diffusivité thermique à haute température et haute pression. Pour cela, des mesures de diffusivité thermique sur monocristaux et agrégats naturels d'olivine (roches) ont été conduites à l'aide de trois méthodes de mesures, dont l'une a été élaborée à Montpellier. Les mesures sur monocristaux montrent une forte anisotropie de la diffusivité thermique et une contribution significative du rayonnement au transport thermique à haute température. Les mesures sur des péridotites déformées naturellement montrent que l'orientation préférentielle des cristaux d'olivine conduit à une anisotropie significative (25%) de la diffusivité thermique, qui se conserve à haute température. La comparaison entre le comportement des monocristaux et des agrégats d'olivine suggère que la contribution des phonons à la diffusivité thermique n'est pas affectée par les joints de grain ou les imperfections de la roche et que bien que diminuée par l'effet des joints de grains, la contribution radiative demeure significative à l'échelle de la roche. La diffusivité thermique résultante dans les conditions du manteau est proche de 1.5 mm2.s-1, et elle est 50% plus élevée que celle déduite des études antérieures. La modélisation des géothermes dans divers contextes géodynamiques montre que des valeurs réalistes de la contribution des phonons, ajoutées à une contribution radiative significative et une anisotropie de la diffusivité thermique peuvent avoir un effet majeur sur la dynamique de la lithosphère et du manteau convectif.

Le stockage de déchets nucléaires en milieux géologiques profonds est une méthode permettant d'isoler ces déchets de l'environnement. L'objet de cette étude est la détermination de deux paramètres importants (porosité, diffusion) permettant de retarder le passage des radionucléides dans la biosphère. Différentes expériences (MEB, autoradiographie) ainsi que des méthodes d'analyses d'images ont été mises en place afin d'étudier la porosité en fonction de la minéralogie des granitoïdes non altérés et altérés de Charroux-Civray par une approche multi-échelle. Puis, des expériences de perméabilité et de diffusion ont été réalisées sur les roches non altérés de manière à mesurer des paramètres ne prenant pas en compte l'hétérogénéité de la roche. Finalement, l'expérience d'out-diffusion a été modélisée par la méthode TDD. En utilisant l'autoradiographie, il est possible de calculer par inversion des coefficients de diffusion locaux en ajustant la simulation numérique à la courbe expérimentale
Disposal in deep, stable bedrock is currently one concept for isolating high-level nuclear wastes from the environment. This work deals with the determination of two important parameters (porosity and diffusion) that control over the ability of granitoid matrices to retain the radionucleides if they escape from the repository into the bedrock. Different experimental methods (SEM, Autoradiography) and image analysis methods are performed to study porosity of unaltered and altered Charroux-Civray granitoid in relationship with the mineralogy from the decimeter scale to the infra-micrometer scale. Then, different transport experiments are performed (permeability, in- and out-diffusion) with unaltered sample in order the measure bulk parameters. Moreover, the out-diffusion experiment is modelled using a particle tracking method. Using autoradiograph and the mineral map, an inversion procedure is performed in order to adjust the numerical simulation to the experimental out-diffusion curve

Cet ouvrage aborde la génération de grilles de Voronoï sous contrainte pour réduire les erreurs liées à la géométrie des cellules lors de la simulation réservoir. Les points de Voronoï sont optimisés en minimisant des fonctions objectif correspondant à différentes contraintes géométriques. L'originalité de cette approche est de pouvoir combiner les contraintes simultanément : - la qualité des cellules, en plaçant les points de Voronoï aux barycentres des cellules ; - le raffinement local, en fonction d'un champ de densité [rho], correspondant à la perméabilité, la vitesse ou la vorticité ; - l'anisotropie des cellules, en fonction d'un champ de matrice M contenant les trois vecteurs principaux de l'anisotropie, dont l'un est défini par le vecteur vitesse ou par le gradient stratigraphique ; - l'orientation des faces des cellules, en fonction d'un champ de matrice M contenant les trois vecteurs orthogonaux aux faces, dont l'un est défini par le vecteur vitesse ; - la conformité aux surfaces du modèle structural, failles et horizons ; - l'alignement des points de Voronoï le long des puits. La qualité des grilles générées est appréciée à partir de critères géométriques et de résultats de simulation comparés à des grilles fines de référence. Les résultats indiquent une amélioration de la géométrie, qui n'est pas systématiquement suivie d'une amélioration des résultats de simulation
Voronoi grids are generated under constraints to reduce the errors due to cells geometry during flow simulation in reservoirs. The Voronoi points are optimized by minimizing objective functions relevant to various geometrical constraints. An original feature of this approach is to combine simultaneously the constraints: - Cell quality, by placing the Voronoi points at the cell barycenters. - Local refinement according to a density field rho, relevant to permeability, velocity or vorticity. - Cell anisotropy according to a matrix field M built with the three principal vectors of the anisotropy, which one is defined by the velocity vector or by the stratigraphic gradient. - Faces orientation according to a matrix field M built with the three vectors orthogonal to the faces, which one is defined by the velocity vector. - Conformity to structural features, faults and horizons. - Voronoï points alignment along well path. The quality of the generated grids is assessed from geometrical criteria and from comparisons of flow simulation results with reference fine grids. Results show geometrical improvements, that are not necessarily followed by flow simulation results improvements

Cette étude est destinée à améliorer la compréhension des caractéristiques structurales, pétrophysiques et mécaniques des bandes de déformation dans les grès poreux ainsi que de leur rôle potentiel sur la migration ou le piégeage des fluides en milieu réservoir. L'analyse structurale et pétrophysique des réseaux de bandes de Provence montre que leur perméabilité découle principalement de l'intensité de la cataclase dans leur microstructure et des processus diagénétiques qui peuvent s'y localiser avec la profondeur. L'analyse régionale de ces réseaux de bandes souligne l'influence majeure du régime tectonique sur leur distribution, leur organisation et leur perméabilité. Les bandes associées au régime normal (cataclactiques et peu perméables) sont localisées autour des failles cartographiques, tandis que les bandes associées au régime inverse (modérement cataclastiques et perméables) sont distribuées dans toute la région. Les bandes inverses sont fortement cataclastiques et imperméables uniquement autour du chevauchement de Roquemaure ce qui montre le rôle potentiel de la présence de grande faille sur les caractéristiques structurales et pétrophysiques de ces bandes. D'autre part, cette analyse suggère que la granulométrie de l'encaissant peut influencer l'initiation et l'organisation des réseaux. L'analyse mécanique des bandes de déformation a ensuite été réalisée à partir des résultats obtenus en Provence. L'enveloppe de plasticité de ces matériaux est calculée à l'aide d'une solution analytique. Les essais triaxiaux menés sur le grès de la carrière de l'Etang (orange) confirment la forme de ces enveloppes estimées théoriquement. Les essais réalisés sur les sables de Boncavaï (Uchaux) montrent que la taille des grains, le tri et de la compaction dans ces matériaux peu lithifiés influent sur leurs enveloppes de plasticité et la localisation des bandes cataclastiques à faibles profondeurs. Les trajets de contraintes sont estimés pour les phases d'enfouissement et de chargement tectonique (extension et compression) à partir de la relation entre contrainte principale et contraintes secondaires (K0), calibrée à partir de données de forage. Ces résultats sont intégrés à un modèle permettant d'estimer la nature et les caractéristiques structurales des bandes susceptibles de se former dans un contexte géologique donné. Un modèle structural, mécanique et pétrophysique a été établir à partir de ces différents résultats. Ce modèle est calibré à partir des données de perméabilité mesurées sur les bandes de Provence et des résultats du modèle mécanique de localisation cité précédemment. Ce modèle a ensuite été confronté à une synthèse des données de perméabilité disponibles dans la littérature et confirme l'influence des différents paramètres de contrôle pris en compte dans le modèle. Ce modèle a enfin pu être appliqué sur deux sites d'explorations/exploitations d'uranium en réservoir gréseux poreux et validé par les résultats obtenus, en concordance avec les observations de terrain.

La zone de Vieux-Habitants rassemble les indices permettant de supposer la présence d’un système hydrothermal de haute température. Les données géophysiques acquises pour la prospection de ce système ne suffisent pas à sa compréhension qui nécessite l’analyse d’analogues. Pour proposer un modèle de système géothermique de cette zone, une analyse multiscalaire de la déformation fragile et une caractérisation des propriétés pétrophysiques des formations volcaniques ont été ménées sur trois paléo systèmes. L’analyse des populations de fractures montre que leur organisation n’est pas régie par une seule loi mathématique. Les faciès volcano-sédimentaires sont peu déformés ou de manière très localisée contrairement aux laves dont les densités de fracturation sont fortes. L’analyse de la distribution des faciès hydrothermalisés par rapport à ces structures indique qu’à l’échelle kilométrique, certaines intersections de failles contrôlent le drainage des fluides et localisent les zones d’altération hydrothermale prononcée. Les faciès sont divisés en grands groupes en fonction de leur nature et de leur degré d’altération. Ils montrent une grande variabilité des propriétés pétrophysiques. A l’état sain, les laves d’une part et les faciès pyroclastiques et de coulées de débris d’autre part, constituent deux groupes bien distincts. L’altération hydrothermale induit une restructuration totale du squelette matriciel et du réseau poreux. Elle permet une forte atténuation du signal magnétique et le développement d’un groupe ayant des propriétés réservoirs intermédiaires en diminuant les propriétés réservoirs des dépôts volcano-sédimentaires et en améliorant celles des laves. Le modèle de réservoir ainsi disponible conjugue des éléments structuraux et des hétérogénéités lithologiques permettant le transfert rapide des fluides, alors que les propriétés matricielles d’origines primaire et secondaire vont plutôt contrôler les propriétés de stockage de fluide et de chaleur
The Vieux-Habitants area gathers indicators allowing to suppose a high-temperature hydrothermal system. The interpretation of geophysical data acquired for the exploration of this system requires the analysis of analogues. Several hydrothermal paleo-systems were studied in order to propose a conceptual model of a geothermal system for the Vieux-Habitants area. Studies of these analogues are based on a multi-scale study of the brittle deformation and a petrophysical characterization of the different volcanic rocks. The organization of fractures indicates the occurrence of a characteristic scale for each level of observation. Volcano-sedimentary units are far less deformed compared to highly fractured lavas. The brittle deformation in volcano-sedimentary deposits is highly localized in fractured corridors. Some fault intersections control major fluid flow at the kilometer scale. Moreover, the most hydrothermalized rocks are localized in the vicinity of these intersections. Volcanic rocks are divided according to their mechanism of formation (lava, debris flow…) and their degree of alteration. They exhibit strong heterogeneities of petrophysical properties. Fresh rocks are separated in two distinct groups, on one side lavas and on the other side debris flows and pyroclastic deposits. Hydrothermal alteration produces mineralogical replacements involving a complete reorganization of both the matrix skeleton and the pore network. It is marked by a removal of magnetic signal, an increase of porosity and permeability in lavas and a decrease of these properties in debris flows and pyroclastic deposits. Therefore, hydrothermalized rocks form a group with intermediate reservoir properties between the two groups of fresh rocks. The reservoir model combines both structural components and lithological heterogeneities that allow an efficient fluid transfer, whereas the matrix properties of primary and secondary origins will rather control the fluid and heat storage properties

La zone de Vieux-Habitants rassemble les indices permettant de supposer la présence d’un système hydrothermal de haute température. Les données géophysiques acquises pour la prospection de ce système ne suffisent pas à sa compréhension qui nécessite l’analyse d’analogues. Pour proposer un modèle de système géothermique de cette zone, une analyse multiscalaire de la déformation fragile et une caractérisation des propriétés pétrophysiques des formations volcaniques ont été ménées sur trois paléo systèmes. L’analyse des populations de fractures montre que leur organisation n’est pas régie par une seule loi mathématique. Les faciès volcano-sédimentaires sont peu déformés ou de manière très localisée contrairement aux laves dont les densités de fracturation sont fortes. L’analyse de la distribution des faciès hydrothermalisés par rapport à ces structures indique qu’à l’échelle kilométrique, certaines intersections de failles contrôlent le drainage des fluides et localisent les zones d’altération hydrothermale prononcée. Les faciès sont divisés en grands groupes en fonction de leur nature et de leur degré d’altération. Ils montrent une grande variabilité des propriétés pétrophysiques. A l’état sain, les laves d’une part et les faciès pyroclastiques et de coulées de débris d’autre part, constituent deux groupes bien distincts. L’altération hydrothermale induit une restructuration totale du squelette matriciel et du réseau poreux. Elle permet une forte atténuation du signal magnétique et le développement d’un groupe ayant des propriétés réservoirs intermédiaires en diminuant les propriétés réservoirs des dépôts volcano-sédimentaires et en améliorant celles des laves. Le modèle de réservoir ainsi disponible conjugue des éléments structuraux et des hétérogénéités lithologiques permettant le transfert rapide des fluides, alors que les propriétés matricielles d’origines primaire et secondaire vont plutôt contrôler les propriétés de stockage de fluide et de chaleur
The Vieux-Habitants area gathers indicators allowing to suppose a high-temperature hydrothermal system. The interpretation of geophysical data acquired for the exploration of this system requires the analysis of analogues. Several hydrothermal paleo-systems were studied in order to propose a conceptual model of a geothermal system for the Vieux-Habitants area. Studies of these analogues are based on a multi-scale study of the brittle deformation and a petrophysical characterization of the different volcanic rocks. The organization of fractures indicates the occurrence of a characteristic scale for each level of observation. Volcano-sedimentary units are far less deformed compared to highly fractured lavas. The brittle deformation in volcano-sedimentary deposits is highly localized in fractured corridors. Some fault intersections control major fluid flow at the kilometer scale. Moreover, the most hydrothermalized rocks are localized in the vicinity of these intersections. Volcanic rocks are divided according to their mechanism of formation (lava, debris flow…) and their degree of alteration. They exhibit strong heterogeneities of petrophysical properties. Fresh rocks are separated in two distinct groups, on one side lavas and on the other side debris flows and pyroclastic deposits. Hydrothermal alteration produces mineralogical replacements involving a complete reorganization of both the matrix skeleton and the pore network. It is marked by a removal of magnetic signal, an increase of porosity and permeability in lavas and a decrease of these properties in debris flows and pyroclastic deposits. Therefore, hydrothermalized rocks form a group with intermediate reservoir properties between the two groups of fresh rocks. The reservoir model combines both structural components and lithological heterogeneities that allow an efficient fluid transfer, whereas the matrix properties of primary and secondary origins will rather control the fluid and heat storage properties

La cataclase est un processus de déformation efficace en termes de réduction de porosité et de perméabilité dans les grès poreux, constituant des aquifères et réservoirs d’hydrocarbures classiques. Un enjeu majeur concernant la déformation dans les grès consiste à identifier les processus contrôlant l’évolution des structures cataclastiques et reconnaitre les paramètres influençant l’expression de la déformation à l’échelle microscopique et à l’échelle du bassin.Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’analyse structurale des amas (« clusters ») de bande de déformation cataclastiques afin de considérer une déformation suffisamment localisée représentant un potentiel rôle de barrière sur les fluides. Nous choisissons sept sites d’étude présentant des clusters formés en tectonique extensive et contractive, dans différent régimes Andersoniens, à différentes profondeurs d’enfouissement, et dans des grès aux lithologies variées. Nous utilisons une approche analytique afin d’estimer l’évolution de l’état de contrainte des grès jusqu’à la déformation. L’utilisation de modèles numériques permet d’analyser l’influence de certains paramètres physiques sur la structuration de la déformation.Nous montrons que la position de l’enveloppe de rupture du grès (dépendant de sa lithologie) semble déterminer la morphologie de la déformation. D’autre part, les clusters formés en régimes Andersoniens normal, décrochant et inverse semblent respectivement couramment se former sur la même partie de l’enveloppe.Les clusters formés en régime normal montrent des épaisseurs fines à moyennes, des densités de bande importantes et forment, avec d’autres clusters, des réseaux d’échelle kilométrique souvent localisés à proximité d’une faille majeure. Ils représentent une barrière potentielle pour les fluides. Les clusters formés en régime décrochant ont des épaisseurs et des densités de band moyennes. Parce qu’ils semblent éparses, ces clusters ne forment probablement aucun frein pour les fluides. Les clusters formés en régime inverse ont des épaisseurs et des densités de bande moyennes si la rupture est atteinte sur la partie fragile de l’enveloppe. Ils semblent potentiellement plus épais avec des densités de bands faibles voire deviennent de simples réseaux de bandes distribuées si l’enveloppe de rupture est atteinte sur sa partie ductile. Parce qu’ils sont courts et éparses, ces clusters ne représentent pas de frein pour les fluides.Nous relions le développement des clusters et leur morphologie à l’agencement microscopique des clasts dans le matériel déformé. La faible compaction du matériel déformé des clusters créés en régimes normal et décrochant semble être à l’origine de l’étroite localisation des bandes à cause de la présence de plans de faiblesse dans le matériel déformé. Pour le même degré de déformation, la compaction plus élevée du matériel en régime inverse favoriserait la distribution des bandes.Le passage à la faille tel qu’observé dans les clusters en régime normal est permis par la présence entre les grès de niveaux incluant des minéraux fragiles. Ces niveaux permettent l’initiation et la propagation d’une surface de glissement majeure dans les grès adjacents. L’initiation d’une faille est aussi favorisée lorsque des grès poreux sont juxtaposés contre une lithologie indurée.Notre étude montre que la cimentation de quartz des parties les plus déformées des clusters est fréquente, même dans le cas de clusters ayant été enfouis à des profondeurs inférieures à 800 m. Cette cimentation est catalysée par l’intense degré de cataclase, semble être précipitée par « self-healing » et altère les propriétés pétrophysiques des clusters
Deformation through cataclasis, which corresponds to grain crushing, is an effective process of porosity and permeability reduction in porous sandstones, classical aquifers and hydrocarbon reservoirs at depth. A major stake concerning the deformation in sandstone is to understand what processes govern the growth of the cataclastic structures and to recognize what parameters influence the expression of the deformation at microscopic scale and at basin scale.In this study, we focus on the analysis of cataclastic deformation band clusters in order to consider a significantly concentrated deformation regarding the potential of fluid flow baffling. We select seven study sites presenting clusters formed in extensional and contractional tectonics, under different Andersonian regimes, at various burial depths and in sandstones of varying lithologies. To complement the structural analysis, we use an analytical approach to estimate the stress-state evolution of the sandstones leading to deformation. Numerical modeling allows the analysis of the influence of physical parameters on the structuring of the deformation.We show that the position of failure along the failure envelope of the sandstone (which depends on its lithology) seems to determine the morphology of deformation. On the other hand, normal, strike-slip and thrust Andersonian regime clusters respectively seem to form frequently on the same part of the envelope.Normal regime clusters (favorably formed in extensional tectonics) have thin to medium thickness, with high band density and form, with other clusters, networks of km-scale length - often localized near a major fault. They are likely to baffle fluid flow. Strike-slip regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness with medium band densities. Due to their sparseness, they seem unlikely to form a baffle for fluids. Thrust regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness and medium band density if failure is attained on the brittle part of the envelope. They seem potentially thicker, with low band density and tend to form arrays of deformation bands if failure is attained on the cap of the envelope. Because they are short and sparse, they do not represent an effective baffle for fluid flow.We relate the process of cluster growth and their resulting morphology to the microscopic arrangement of the clasts in the deformed material. The minor compaction in the deformed material of normal and strike-slip regime clusters seems to be at the origin of the dense localization of the bands through the presence of weaker planes in the deformed material. For the same degree of deformation, the more compacted material in thrust regime clusters would favor the distribution of the bands.Faulting of normal regime clusters is enhanced by the presence of layers including weak minerals between the sandstones. These weak layers are responsible for the initiation and propagation of major slip-surfaces in the adjacent sandstone from small displacements. The initiation of major slip-surfaces is also favored when porous sandstone is juxtaposed with a hard lithology.We find that the quartz cementation of the most deformed parts of the clusters is common, even in clusters that were never buried below 800 m. This cementation is promoted by an intense degree of cataclasis, seems to form by “self-healing”, and may reduce the petrophysical properties of clusters

Des images géophysiques récentes dans les Alpes montrent une signature sismique particulière du sommet du panneau plongeant crustal à 40 km de profondeur. Une augmentation de vitesse brutale des ondes S est corrélée à une forte probabilité de présence de contraste d’interface dans la tomographie et à une conversion négative dans les données « stackée » des fonctions-récepteur. Le but de cette thèse est d’évaluer si des changements de minéralogie et de texture de la croûte continentale inférieure peuvent expliquer cette signature sismique. Pour cela, nous avons calculé les variations de vitesses sismiques « bulk », générées par les changements minéralogiques durant l’enfouissement de roches représentatives de la croûte inférieure européenne le long de profils pression-température typiques de zone de convergence. Nous avons étudié l’évolution de l’anisotropie des mêmes roches à l’échelle macroscopique en fonction de la pression et la température, à partir de mesures directes. Ces mesures ont été comparées aux calculs d’anisotropie couramment effectués à partir de cartographies d’orientations cristallographiques à l’échelle de la lame mince. Le but ultime de ces exercices est de comprendre quelles propriétés contrôlent les vitesses sismiques effectives des roches à l’échelle kilométrique. Nous avons finalement tenté de déceler, à cette dernière échelle, l’anisotropie des roches dans les données de fonctions-récepteur à partir de leur décomposition harmonique. Nous montrons que la transformation des roches du faciès des amphibolites à celui des granulites de haute pression permet d’expliquer l’augmentation de vitesse du modèle tomographique et que ce front est décalé d’une dizaine de kilomètre le long du panneau plongeant en comparaison des prédictions thermodynamiques. A travers une modélisation thermocinétique de zone de convergence, nous évaluons le profil thermique du panneau plongeant lors du passage de la subduction à la collision et expliquons ce décalage par des effets cinétiques. Les mesures directes comparées aux calculs d’anisotropie indiquent que la différence attendue entre anisotropie intrinsèque et effective est plus importante dans les roches du faciès des amphibolites, où litage et CPO se renforcent, que dans celles du faciès des granulites où l’anisotropie résulte surtout de l’anisotropie intrinsèque. A l’échelle kilométrique, la transformation amphibolite vers granulite est susceptible de s’accompagner d’une diminution de l’anisotropie, en plus d’une augmentation de vitesse. A travers la décomposition harmonique, nous montrons que la baisse de visibilité du réflecteur associé au Moho, aux stations à l’aplomb du panneau plongeant, se fait au profit de la mise en évidence d’une direction rapide intra- panneau plongeant et orientée perpendiculairement à son pendage. Puisque cette transformation est visible tant dans les données de fonctions- récepteur que dans les modèles de tomographie, nous en déduisons que l’épaisseur du front de réaction est de l’ordre du kilomètre
Recent geophysical images in the Alps show a distinctive seismic signature of the top of the crustal dipping panel at 40 km depth. A sharp increase in S-wave velocity is correlated with a high probability of interface contrast in tomography and negative conversion in stacked receiver- function data. The aim of this thesis is to assess if changes in the mineralogy and textural properties of the lower continental crust can explain this seismic signature. To this end, we calculated bulk seismic velocity variations, generated by mineralogical changes during burial of rocks representative of the European lower crust along pressure- temperature profiles typical of convergence zones. We studied the evolution of the macroscopic anisotropy of the same rocks as a function of pressure and temperature, using direct measurements. These measurements are compared with anisotropy calculations commonly performed from thin- section crystallographic orientation maps. The ultimate aim of these exercises is to understand which properties control the effective seismic velocities of rocks at kilometer scale. Finally, we have attempted to detect the anisotropy of rocks at this latter scale in receiver-function data from their harmonic decomposition. We show that the transformation of rocks from amphibolite to high-pressure granulite facies explains the increase in velocity of the tomographic model, and that this front is shifted by around ten kilometers along the slab, compared with thermodynamic predictions. Using thermokinetic modelling of convergence zones, we evaluate the thermal profile of the dipping panel during the transition from subduction to collision, and explain this offset by kinetic effects. Direct measurements compared with anisotropy calculations indicate that the expected difference between intrinsic and effective anisotropy is greater in amphibolite facies rocks, where layering and CPO are enhanced, than in granulite facies rocks, where anisotropy results mainly from intrinsic anisotropy. At kilometer scale, amphibolite-to-granulite transformation is likely to be accompanied by a decrease in anisotropy in addition to an increase in velocity. Through harmonic decomposition, we show that the reduced visibility of the Moho, at stations above the dipping panel, is to the benefit of highlighting a fast intra-slab direction oriented perpendicular to its dip. Since this transformation is visible both in the receiver-function data and in the tomography models, we deduce that the thickness of the reaction front is of the order of a kilometer

Cette thèse étudie la différenciation des lithologies et fluides à partir de données sismique et de puits dans le réservoir gréseux peu consolidé à huile lourde Morichal (ceinture de l'Orénoque, Venezuela). Dans ces réservoirs, cette discrimination est complexe parce que les lithologies ont des propriétés élastiques similaires et qu'il en est de même pour les sables saturés en eau et ceux saturés en huile lourde (mêmes densités). Dans une première partie, cette problématique de discrimination est analysée au niveau des puits par la détermination d'électrofaciès puis en étudiant la relation entre propriétés pétrophysiques et élastiques. De petites variations de la taille des grains de la roche ou du pourcentage de ciment génèrent des changements de vitesses qui pourraient être utilisés pour discriminer lithologies et fluides. Afin de mieux comprendre pourquoi un premier calage puits-sismique a échoué, une deuxième partie de la thèse a été dédiée à la construction d'un modèle 3D du réservoir, habillé en faciès, propriétés pétrophysiques et élastiques. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour réaliser des tests de modélisations sismiques 1D et 2D, afin d'étudier les effets de l'anisotropie et de l'atténuation sur le signal sismique. En effet, l'anisotropie peut entraîner des changements de phase pour les grands angles d'incidence, et l'atténuation due à la présence d'huile lourde peut causer un retard de phase et un affaiblissement de l'amplitude. Ces deux phénomènes peuvent donc perturber le calage puits-sismique. Après analyse de ces tests, des pistes d'amélioration du calage puits-sismique dans ce contexte géologique sont proposées pour le futur.

Après une dernière phase de forage et de stimulation hydraulique, le site expérimental de Soultz-sous-Forêts comporte désormais trois puits connectés à un réservoir géothermique profond (5 km). A l'avenir, du fait de la mise en place d'une unité de production électrique, seule la modélisation numérique renseignera sur l'état du réservoir. Une compréhension poussée des propriétés géométriques de ce dernier est donc incontournable. C'est ce que propose ce travail, notamment en étudiant la prise en compte de la zone endommagée dans les modèles de faille.
Au cours de cette étude, les propriétés physiques de la zone endommagée (porosité, perméabilité, surface spécifique, conductivité thermique) ont été mesurées à différentes échelles et sur des échantillons présentant des structures et des faciès d'altération variés. La combinaison de ces mesures, et leur intégration dans différents modèles numériques, a notamment permis de mettre en évidence l'impact de la zone endommagée sur les transferts de chaleur et de matière, ainsi qu'une évolution particulière de la géométrie du réseau poreux avec l'altération.

L'équilibre densitaire entre l'eau douce et l'eau salée dans les aquifères côtiers est un phénomène instable difficile à caractériser. La validation des modèles hydrogéologiques 2D/3D reste alors délicate sur la seule base de données ponctuelles d'observation en forages. Dans ce but, la tomographie de résistivité électrique (ERT) constitue une technique d'investigation pertinente pour la caractérisation haute résolution de la distribution 2D/3D du sel au sein de l'aquifère.
Une méthodologie de validation croisée entre les modèles géo-électriques et les modèles d'écoulement densitaire a été développée. Dans un premier temps, l'interprétation par modélisation inverse des mesures ERT fournit des informations pertinentes pour la structuration et le paramétrage des modèles hydrogéologiques (géométrie du réservoir, vitesses d'écoulement, etc.). Dans un deuxième temps, une validation qualitative est obtenue par comparaison entre la distribution des salinités interprétée d'après les résultats du modèle géo-électrique d'inversion et celle simulée par le modèle d'écoulement densitaire. Enfin, une validation quantitative est obtenue par comparaison entre la réponse géo-électrique théorique des salinités simulées par le modèle hydrogéologique (préalablement transformées en résistivité par application d'un modèle hydro-pétrophysique) et les mesures ERT acquises sur le terrain.
La fiabilité de la méthode a été précisée par des analyses de sensibilité conduites sur les différents modèles utilisés (géo-électrique, hydrogéologique et hydro-pétrophysique) et son applicabilité a été testée sur trois contextes hydrogéologiques et climatiques différents. Ainsi, aux Îles-de-la-Madeleine (Canada), les remontées salines sous les captages d'eau ont été caractérisées. Sur l'îlot M'Ba (Nouvelle-Calédonie), les variations spatiales de la recharge contrôlant le développement de la lentille d'eau douce ont été évaluées. Enfin, sur le tombolo de Pikine (Sénégal), les phénomènes évapotranspiratoires et concentrateurs intenses affectant les dépressions inter-dunaires ont été quantifiés.

Cette étude vise à caractériser selon une approche multi-échelles et multi-techniques les propriétés structurales et pétrophysiques de deux analogues de surface de réservoirs de socle développés en contexte extensif. Cette démarche permet de proposer un modèle conceptuel de réservoir de socle à hydrocarbures pour chacun de ces systèmes étudiés. Ces modèles contribuent à améliorer la compréhension de ces systèmes pétroliers, depuis la zone de maturation jusqu’aux zones de stockage dans le socle. Cette étude représente une base pour les guides de prospection de ces réservoirs à hydrocarbures. Ce travail met en avant la distribution multi-échelles sur plus de dix ordres de grandeur de l’ensemble des éléments qui composent le réservoir, depuis l’échelle pluri- kilométrique des structures tectoniques majeures jusqu’à l’échelle infra-millimétrique de la microporosité secondaire des zones fracturées et altérées. L’étude de ces analogues met en évidence la nécessité pour ces réservoirs d’être affectés par plusieurs familles directionnelles de failles et fractures, fortement connectées. Les zones de failles majeures compartimentent le réservoir en délimitant un ensemble de blocs structuraux. Leurs intersections représentent des zones de drainage entre et au sein même de ces blocs structuraux. Les zones favorables de stockage correspondent aux zones endommagées des zones de failles, ainsi qu’aux niveaux altérés au toit du socle, développés par altération supergène lors de phases d’exhumation anté-rift. Les caractéristiques des réservoirs de socle résultent finalement de la longue évolution géodynamique de ce type de formations jusqu’à la phase de rifting et d’enfouissement du réservoir
This work aims to characterize with a multi-scale and multi-method approach the effects of both brittle deformation and weathering processes on the structural and petrophysical properties of two surface analogue case studies developed in extensive setting. This approach allows us to build a conceptual hydrocarbon basement reservoir model for both studied systems. These geological models enhance the understanding of those non-conventional petroleum systems from the maturation zone to storage in the basement. Moreover, this study can also provide information for exploration guides for those hydrocarbon reservoirs. This study points out the multi-scale distribution of all the features constituting the reservoir, over ten orders of magnitude from the pluri-kilometric scale of the major tectonics structures to the infra-millimetric scale of the secondary micro-porosity of fractured and weathered basements units. Major fault zones allow the “compartmentalization” of the reservoir by dividing it into several structural blocks. The analysis of these fault zones highlights the necessity for the basement reservoirs to be characterized by a highly connected fault and fracture system, where structure intersections represent the main fluid drainage areas between and within the reservoir’s structural blocks. The suitable fluid storage areas in these reservoirs correspond to the damage zone of the fault structures developed during the tectonic evolution of the basement and the weathered units of the basement roof developed during pre-rift exhumation phases. This study highlights therefore that basement reservoir properties are the result of the long geodynamic evolution of these rocks

Le Buntsandstein, localisé dans le graben du Rhin supérieur, apparait comme une cible intéressante pour la géothermie, associant une formation argilo-gréseuse à l'anomalie thermique régionale. Cette étude vise à caractériser les propriétés pétrophysiques de ces grès ainsi que la fracturation les affectant, dans le but de fournir un modèle conceptuel de la formation qui servira de guide pour son exploitation futur. Les faciès sédimentaires sont composés par cinq faciès pétrographiques (grès propres, grès à enrobage argileux, grès à matrice argileuse, grès silicifiés et grès à ciment carbonaté), qui se répartissent dans des proportions variables et contrôlent une partie des propriétés pétrophysiques mesurées à l'échelle matricielle. La comparaison des données pétrophysiques, des données macroscopiques issues d'une analyse de gradients de température, des données de modélisation et de la fracturation permet de construire un modèle de circulation dans le réservoir. Ces analyses mettent en avant le rôle de la zone endommagée des zones de faille pour le transfert de fluides à grande échelle, mais aussi celui de deux faciès sédimentaires : les grès déposés dans un environnement de Playa Lake et fluvio-éolien. L'analyse de différents affleurements montre que la fracturation évolue en fonction de la situation dans la pile sédimentaire et en fonction de la situation par rapport aux accidents tectoniques majeures.

La compréhension d'un système pétrolier nécessite la caractérisation pétrographique de tous les éléments et les processus le composant. Dans ce travail, plusieurs exemples de roches mères, roches réservoirs et roches couvertures provenant de bassins pétroliers différents, ont été étudiés afin de décrire les méthodes pétrographique classiques et mettre en place des nouvelles. Ces dernières telles que : la création d'une cinétique de transformation d'un kérogène composé de deux types de matière organiques (programmation), analyse macérale et l'étude des microfractures par analyse d'images, la diffraction à rayon X ainsi que la tomographie ont permis la caractérisation de la roche mère. Quant aux roches réservoirs, les méthodes d'analyse d'image des propriétés pétrophysiques, la microscopie MSCL ainsi que les paramètres de mouillabilité permettent la description de la qualité de ces réservoirs et leurs préservations au cours du temps à cause des phénomènes de recristallisation, dissolution, circulation de fluide et de réaction TSR/BSR. Les roches couvertures étudiées dans ce travail sont celles des argilites callovo-oxfordienne, utilisant la diffraction à rayon X ainsi que l'analyse d'image et la tomographie. Ces méthodes ont facilité la compréhension de leurs comportements au cours du temps, leurs capacités de sorption/désorption et leurs fiabilités de stockage de déchets nucléaire. Enfin, la modélisation pétrolière avec Petromod permet de déterminer les fonctionnements des systèmes pétroliers. La modélisation par percolation est plus proche de la réalité des bassins pétroliers que celle de Darcy/Hybride
Understanding oil systems requires petrographic characterization of all elements and process that compose it. In this work, several examples of source rocks, reservoir rocks and seal from different petroleum basins have been studied in order to describe conventional petrographic methods and develop new ones. The new ones as: a program of transformation kinetic of kerogene composed of two types of organic matter, maceral analysis and microfractures study using images analysis, the diffraction X-ray and tomography allowed source rock description. As for, reservoir rocks, methods of petrophysical characterization by images analysis, MSCL Microscopy and wettability parameters permit reservoir quality description and their preservation over time due to recrystalization and dissolution phenomena, fluid flow and TSR/BSR reaction. The cap rocks studied in this thesis are those of Callovo-Ordovician argillites, using X-Ray diffraction as well as images analysis and tomography. Those methods facilitated the understanding of argillites behavior over time, their sorption/desorption ability and their reliability of nuclear waste storage. Finally, Modeling using Petromod helps to determine petroleum systems functioning. Modeling by percolation method gives results closer to oil basins reality, than by Darcy/Hybrid method