Dissertations / Theses on the topic 'Schiste bitumineux'

La propagation d'un front de combustion au sein d'un milieu poreux réactif met en œuvre des mécanismes thermiques, chimiques et de transfert, avec de forts couplages. Afin de caractériser la structure thermique et chimique du front, un dispositif expérimental finement instrumenté permettant la réalisation d'expériences de combustion co-courant 1D a été mis au point, puis validé avec un milieu poreux modèle : un mélange carbone/sable. Ce réacteur à lit fixe vertical est alimenté en air descendant ; un dispositif original permet de prélever des microéchantillons de gaz au sein même du front. La combustion du schiste bitumineux de Timahdit au Maroc broyé à 500-1000 µm et additionné de sable est réalisée avec une vitesse d'air (de Darcy à 20°C) de 0. 024 m s-1. Le front se propage à 6. 13x10-5 m s-1 et sa température de pic est de 1100 °C. Un bilan matière est établi sur la base d'une caractérisation chimique et physique détaillée du milieu, de son résidu solide après combustion et des produits gazeux. La matière organique est convertie pour1/4 en carbone fixe – dont l'oxydation fournit l'énergie qui propage le front -1/4 en gaz de pyrolyse et 1/2 en huile. Un modèle numérique à deux températures développé par l'IMFT a été validé. Les approches à la fois expérimentale et numérique permettent in fine d'évaluer l'épaisseur des différentes zones de réaction : devolatilisation du schiste, oxydation du résidu carboné et décarbonatation de CaCO3. Une étude de variation des paramètres principaux - vitesse d'air et taille des particules - est finalement proposée<br>The structure of a combustion front propagating in a fixed bed of crushed oil shale: co-current configuration. The propagation of a combustion front in reactive porous medium involves thermal, chemical and fluid flow mechanisms, with strong couplings. In order to describe the thermal and chemical structure of the combustion front, a new experimental device, finely instrumented, allowing to carry out 1D experiments in co-current combustion was designed and developed. To validate the combustion cell, a porous medium model - a mix of charcoal/sand was used. This fixed bed down flow reactor is equipped with an original system that allows micro sampling gas within the combustion front. For the experiments with the oil shale from Timahdit in Morocco, it was crushed and sieved into particle size at 500-1000 µm and mixed with sand. The combustion was carried out at air velocity of 0. 024 m s-1 at STP. The front propagates at 6. 13x10-5 m s-1 and its temperature peak is 1100 °C. A mass balance was made based on a detailed chemical and physical characterization of the medium, its solid residue after combustion and flue gas. The organic matter is converted into 1/4 of fixed carbon – which the oxidation reactions provide the energy to propagate the front -1/4 into pyrolysis gas and 1/2 into oil. A two temperature numerical model developed by IMFT was validated. Combining, experimental and numerical approach made it possible in fine to evaluate the thickness of the different reaction zones: oil shale devolatilization, fixed carbon oxidation and CaCO3 decarbonation. A parametric study varying the air velocity and particle size is finally proposed

La transformation d'un échantillon de schiste bitumineux originaire du bassin d'Autun dans le Massif Central, France, a été étudiée sous chauffage micro-ondes et conventionnel. Les deux méthodes ont conduit à des produits liquides similaires. Cependant, la consommation d’énergie en utilisant des micro-ondes a été beaucoup plus faible. L'influence de la vapeur d'eau dans la décomposition du schiste bitumineux a été étudiée sous irradiation micro-ondes. Les échantillons de schistes bitumineux ont été mélangés avec de la zéolithe BEA pour étudier l'effet du caractère acide de ce solide sur la transformation du schiste et sur les caractéristiques des produits obtenus. Le rendement en produits liquides a diminué dans ces conditions, avec une augmentation de la production de coke. L’analyse des produits gazeux et liquides a montré une tendance à la production de composants plus légers en présence de zéolithe. Des zéolithes Y et BEA ont été traités avec une solution alcaline, sous différentes conditions de réaction avec pour but de créer de la mésoporosité pour faciliter l’accessibilité des sites acides. Une augmentation du volume poreux a été observée, ainsi qu’une augmentation de l'activité catalytique pour la réaction d'hydrocraquage du n-décane à 30 bar. Une cavité micro-ondes a été construite pour études spectroscopiques IR operando effectuées sous irradiations micro-ondes. Le chauffage sous micro-ondes a pu être vérifié par l’apparition d’une activité catalytique en oxydation du CO. La température a pu être estimée par analyse des bandes de silanols<br>The transformation of an oil shale sample from the Autun Basin in the Massif Central, France, was studied using microwave irradiation and conventional heating. Both methods led to similar liquid products yield, whereas the overall energy requirements were much lower using microwaves. The influence of water vapour in oil shale decomposition was studied under microwave energy. Oil shale samples were mixed with BEA zeolite to study the effect of its acidic character on oil shale transformation and resulting products characteristics. Liquid products yield decreased under these conditions, along with an increase in coke production. Gaseous and liquid products analysis showed a tendency for the production of lighter components when in the presence of zeolite. Y and BEA zeolites were treated with an alkaline solution at different reaction conditions. An increase in the total pore volume was observed, along with increased catalytic activity for the n-decane hydrocracking reaction at 30 bar. A microwave cavity was constructed for in situ IR spectroscopy studies performed while the sample is irradiated with microwaves. The results confirm the ability of microwaves to induce rapid variations in the sample and in the reaction temperature, and also, the suitability of such reactor for performing operando studies of catalytic systems

Le kerogene des schistes bitumineux de timahdit (maroc) a ete analyse, a cause de son insolubilite, par oxydation permanganique qui a donne un rendement de 95% base sur le kerogene initial. L'analyse detaillee par gc-ms montre qu'une partie des structures aromatiques est incorporee dans la matrice du kerogene. De plus on a effectue une hydrolyse et une transalkylation qui permettent un rendement de solubilisation de 85% du kerogene et apportent des informations sur la nature et la substitution des unites aromatiques du kerogene

Etude comparative de la fraction lipidique de sediments phosphates de la region des oulad abdoum (maroc) et de schistes bitumineux de la region de timahdite afin de comprendre le processus de phosphatogenese. L'analyse des hydrocarbures satures, insatures et aromatiques et des acides montre l'importance des marqueurs steroides et hopanoides caracteristiques d'une forte activite phytoplanctonique et bacterienne. On montre l'immaturite generale de la matiere organique. On montre que la matiere organique des phosphates est pauvre en composes fonctionnalises par rapport a celle des schistes bitumineux. On l'explique par une activite microbienne prolongee ou par un passage en milieu moins reducteur. Des nouveaux marqueurs biologiques sont identifies: les dammar 13(17)-enes 20r et 20s, le biphytane diacide et une serie de thiophenes acides

Grace a une etude structurale des alkylpetroporphyrines des schistes bitumineux marocains de timahdit et des oulad abdoun on a caracterise vingt structures de petroporphyrines dont dix nouvelles. Certaines familles ont des caracteristiques de fossiles moleculaires de chlorophylle c et de chlorophylle b, d'autres montrent un apport algaire important

Cette etude cherche a montrer la faisabilite de la pyrolyse in situ des schistes bitumineux a des frequences a l'ordre de 10 khz, dans le but d'en extraire leur huile. A cette fin, le comportement de la permittivite complexe du schiste au cours du chauffage et l'importance des contacts conducteurs metalliques-schiste sont etudies. La modelisation electrothermique de la chauffe in situ est proposee, qui permet de determiner une implantation optimale des electrodes dans la couche de schiste. Tous ces resultats sont valides par le chauffage d'un bloc de schiste en laboratoire, de dimensions suffisantes pour constituer l'ultime etape avant des essais sur une installation semi-industrielle

Etude des phenomenes physico-chimiques impliques au cours de la degradation thermique et de l'inflammation des schistes bitumineux de trimahdit (maroc). Thermogaine dynamique et isotherme entre l'ambiante et 750 non=c, en atmosphere neutre ou oxydante afin de mettre en evidence le role de l'oxygene et sa repercussion sur le mecanisme de degradation. Identification des differentes especes gazeuses issues de la degradation par analyse chromatographique. Mesure des delais d'inflammation dans une atmosphere oxydante chauffee et determination des limites. Etablissement des diagrammes d'inflammation (p. T. ) dans l'air puis dans l'o::(2) afin de preciser le role de l'azote

La thèse s’intéresse au contrôle de la température d’un front de combustion propagé dans un milieu poreux contenant du carbone fixe et des carbonates (CaCO3). L’objectif principal est de réduire la température, in situ (récupération d’huile ou production de gaz à partir d’un schiste bitumineux) ou dans un procédé (combustion de semicoke), afin de limiter la décarbonatation du milieu et les émissions induites de CO2. Le milieu réactif retenu pour réaliser les expériences en laboratoire est un schiste bitumineux préalablement broyé (0.5 à 2 mm) et pré-pyrolysé, appelé semicoke. Le front est propagé en co-courant. La première technique testée expérimentalement est l’ajout au semicoke d’un matériaux inerte (sable) et/ou d’un matériaux réactif (CaCO3) afin de faire varier le taux de carbone fixe et le taux de CaCO3 et ceci indépendamment. Nous montrons que l’augmentation de CaCO3 permet de baisser la température à 800 °C, mais pas en dessous, ce qui ne permet pas d’éviter la décarbonatation. Faire chuter le contenu en carbone fixe permet de baisser la température du front, voire d’atteindre l’extinction. Aux températures de propagation les plus basses, la décarbonatation est fortement limitée. En revanche le front ralentit car il n’utilise plus tout l’oxygène alimenté. La deuxième technique originale consiste à ajouter du CO2 (20 %molaire) dans l’air de combustion. Nous montrons que dans le cas d’un front chaud, ceci permet de réduire le taux de décarbonatation de 100% à 70%, et d’augmenter en parallèle la production de CO résultant de l’oxydation du carbone fixe, ce qui augmente le PCI du gaz produit. Sur un front plus froid, la décarbonatation qui était de 20% est totalement évitée par l’ajout de CO2. Enfin, des expériences sont proposées dans le mode de combustion “reaction trailing”, très peu connu et mis en oeuvre. Ce mode a l’intérêt majeur d’éviter les réactions de “Lower Temperature Oxidation” préjudiciables au rendement en huile ou en gaz d’un process in situ. Des expériences stables et répétables sont réalisées avec différents pourcentages d’oxygène dans le gaz alimenté. La température du front est directement liée à ce paramètre ; la décarbonatation est clairement limitée dans ce mode de propagation. Deux types de modélisation sont proposés. Un bilan de matière et d’énergie basé sur des expressions analytiques simples permet d’évaluer la température du front et sa vitesse de propagation. Un modèle numérique développé par l’IMFT se base sur des équations de transfert convectif/diffusif de chaleur et de matière, couplées aux réactions d’oxydation du carbone (en CO et en CO2) et de décarbonatation de CaCO3. Il décrit de façon très satisfaisante les expériences en mode “reaction leading” avec variation de la composition du milieu (première technique)<br>This PhD thesis focuses on the control of the smoldering front propagating in a porous medium containing fixed carbon and carbonates (CaCO3). The main objective is to reduce the front temperature, in situ (oil recovery or gas production from oil shale) or in process (combustion of semicoke), in order to limit the medium decarbonation and the resulting CO2 emissions. The reactive porous medium retained to realize the laboratory experiments is a crushed (0.5 to 2 mm) and pre-pyrolyed oil shale, called semicoke. The front propagates in co-current. The first technique experimentally tested is the addition to the semicoke of an inert material (sand) and/or a reactive material (CaCO3) to vary the contents of fixed carbon and of CaCO3, independently. We show that the increase of the CaCO3 content enables to reduce the temperature to 800 °C, but not below; this does not allow to avoid decarbonation. Bringing down the fixed carbon content enables to reduce the front temperature, see even to reach extinction. In the lowest temperatures of propagation, the decarbonation is strongly limited. On the other hand, the front slows down because it does not use all of the fed oxygen. The second original technique consists in adding CO2 (20 mol.%) to the oxidizer air. We show that for a hot front, the decarbonated fraction is reduced from 100% down to 70%, and the CO production at fixed carbon oxidation is increased; this leads to increase the LCV of the produced gas. For a cold front, the decarbonation which was 20%, is totally avoided by adding CO2. Finely, experiments are proposed in the “reaction trailing” combustion mode, little known and implemented. This mode has the major interest to avoid the reactions of “Lower Temperature Oxidation” prejudicial for oil or gas yields in in situ process. Stable and repeatable experiments are realized with different oxygen fractions in feeding gas. The front temperature is directly linked to this parameter; the decarbonation is clearly limited in this mode of propagation. Two types of modeling are proposed. A mass and thermal balance based on simple analytical expressions enables to evaluate the front temperature and velocity. A numerical model developed by IMFT is based on convective/diffusive heat and mass transfer equations coupled with the oxidation reactions (into CO and CO2) and CaCO3 decarbonation is proposed. It describes in a very satisfactory way the experiments in the “reaction leading” mode with variation of the medium composition (first technique)

Analyse et dosage des composes soufres presents dans une coupe lourde du petrole aramco 90 par chromatographie gazeuse avec detection soit par photometrie de flamme soit par spectrometrie de masse haute resolution. Etude comparative des methodes d'analyse. Etude des composes soufres dans des echantillons de petrole de rozel point et de schiste bitumineux de timahdit grace a l'identification par synthese de nouvelles familles d'alkylbenzo (b) thiophenes

La combustion en milieu poreux est traitée par le biais de simulations numériques directes et détaillées, à la microéchelle, dans une extension du travail de Debenest (2003, 2005) qui porte principalement sur un enrichissement du modèle chimique. On considère plus particulièrement la combustion en lit fixe de particules solides, avec comme première application le brûlage de schistes bitumineux. Les processus de transport (convection, diffusion, conduction) et les réactions chimiques sont explicitement décrits à l'échelle des pores, ce qui permet d'exhiber leurs couplages et de révéler les phénomènes locaux qui déterminent les comportements globaux. Les simulations sont conduites principalement dans deux configurations bidimensionnelles, milieu stratifié ou réseau de cylindres, en examinant les effets des réactions pyrolytiques (cracking du kérogène et calcination des carbonates), et avec un schéma d'oxydoréduction qui fait intervenir jusqu'à quatre réactions. Une typologie phénoménologique est établie, incluant notamment l'existence de deux régimes principaux, avec ou sans flamme dans les pores. Des plages de fonctionnement sont identifiées, suivant les paramètres opératoires. On peut en rationaliser les tendances à l'aide de considérations théoriques, et montrer qu'une description macroscopique peut nécessiter des formulations différentes, selon les situations<br>Combustion in porous media is addressed by means of direct, detailed numerical simulations, on the microscale, in an extension of the work of Debenest (2003) where the main improvements are related to the chemical model. More specifically, fixed bed combustion of solid particles is considered, with application to the burning of oil shales. The transport processes (convection, diffusion, conduction) and the chemical reactions are explicitely described on the pore scale, which allows to account for their local couplings and to identify the small-scale phenomena which control the global behaviors. The simulations are conducted mainly in two two-dimensional configurations, a stratified medium and a network of cylinders. The effect of pyrolytic reactions (kerogen cracking and calcination of the carbonates) are examined, as well as the oxydative processes, with a chemical scheme involving four species and up to four reactions. A phenomenological typology is established, which features for instance two main regimes, with or without a flamme in the pore space. Ranges of functioning modes are identified, according to the operating parameters. Their trends can be rationalized by theoretical considerations, and it is shown that different situations may require different formulations in a macroscopic description

Cette étude théorique et numérique concerne les phénomènes de propagation de fronts de réaction dans des empilements de grains comportant une faible fraction de matière organique. On s'appuie sur une description microscopique de l'ensemble des mécanismes impliqués. Un code de simulation numérique tridimensionnelle a été développé. Des simulations directes ont été menées en vue de caractériser de façon précise les nombreux régimes de propagation, de donner des informations complètes quant aux conditions thermochimiques locales, et enfin de conduire des études paramétriques en faisant varier les propriétés physiques du matériau ou sa composition. Enfin, la dernière partie de ce mémoire est consacrée à la discussion de nos résultats et à la comparaison des descriptions microscopiques et macroscopiques. Elle permet également de discuter de la validité d'une description homogénéisée et de donner des critères quant à son application. Pour terminer, nous donnons une estimation plus fine des coefficients impliqués dans cette description à la grande échelle<br>This study, theorical and numerical, deals with the reaction front propagation phenomena in real porous media containing a small amount of organic compound. In order to do this, we choose to use a microscopic point of view to take into account all mechanisms involved. So, a three-dimensional numerical code has been developed. Direct simulations were made to characterize the various regimes we can encounter, to give a whole set of local thermochemical conditions, and finally to manage parametric studies, where physical properties and composition of the media were changed. Finally, the last part of this study is devoted to the discussion of the results obtained and to the comparison of the two approaches, namely macro- and microscopic. This last part allows to discuss the validity of the homogenized description and to provide criterion for its application. We finish with an estimate of the coefficients involved in the upsacled description

Le kerogene matiere organique insoluble constitue l'essentiel du carbone organique des schistes bitumineux et d'autres sediments. L'insolubilite et la complexite de cette matiere organique impose une approche structurale par reactions chimiques selectives. La transalkylation de sept kerogenes de types et d'origines differents en presence de benzene et cf3s03h donne de nombreux produits parmi lesquels on trouve souvent des series de phenylalcanes, 1,1 diphenylalcanes, alkyltetralines et alkylnaphtalenes. La reaction est effectuee sur une substance modele a permis la mise en evidence de filiations interessantes: les alkylbenzenes peuvent conduire (par cyclisation) aux tetralines correspondantes qui peuvent s'aromatiser et s'isomeriser. Les differentes techniques de pyrolyse appliquees aux kerogenes avant et apres transalkylation montrent que le transfert des substituants alkyles du kerogene a ete tres efficace, il peut etre evalue a 70-95% des substituants alkyles initiaux. Refractaire dans les conditions d'hydrolyse classique, le kerogene d'irati devient reactif en presence de catalyseur de transfert de phase tel que l'ether 18-couronne-6: 80% du kerogene initial peuvent etre solubilises en milieu organique ou alcalin. Les divers acides, alcools gras et diols liberes indiquent la presence, dans la matrice du kerogene, de chaines alkyles en pont, liberables par hydrolyse. Une fraction des produits, hydrocarbures, amines tertiaires et lactones etaient manifestement pieges dans la matrice du kerogene

Dans de nombreux gisements métalliques, notamment en contexte sédimentaire et en particulier dans le cas des shales noirs, des relations spatiales voire génétiques sont décrites entre la matière organique et les métaux. Une série de shales/schistes noirs affectés par des conditions thermo barométriques croissantes a été sélectionnée afin d'étudier le comportement et le devenir de l'uranium de la sédimentation au métamorphisme. Dans les Alum Shales cambro ordoviciens (Suède) faiblement enfouis, l'uranium reste dispersé et n'apparaît sous aucune forme minéralogique identifiable. Le passage des Alum Shales dans la fenêtre pétrolière et la génération d'hydrocarbures n'a pas provoqué de remobilisation identifiable de la concentration primaire, les hydrocarbures migrés ne transportant pas l'uranium. En revanche, le métamorphisme de faciès schiste vert associé à l'orogénèse calédonienne a entraîné une réexpression de la minéralisation uranifère sous la forme d'uraninite, d'urano titanates et/ou de phospho silicates à U, Ti, Zr, Y. Dans le cas des schistes noirs paléoprotérozoïques de Talvivaara (Finlande), le métamorphisme de faciès amphibolite a provoqué la remobilisation de l'uranium synsédimentaire et la cristallisation synmétamorphique, pendant l'orogénèse svécofennienne à 1880 1870 Ma, de cristaux d'uraninite fréquemment inclus dans des nodules carbonés. Cette étude montre que l'uranium, préconcentré au moment de la sédimentation, reste immobile pendant les premiers stades d'enfouissement mais est remobilisé dans les conditions P T croissantes et cristallise sous forme d'oxydes d'uranium pouvant évoluer vers des (phospho-)silicates d'uranium<br>In many metallic deposits, especially in sedimentary context and particularly in black shales, spatial or genetic relationships are described between organic matter and metals. Several black shales/schists affected by increasing thermo barometric conditions were selected to study the behavior and fate of uranium from sedimentation to high grade metamorphism. In shallow buried cambro ordovician Alum Shales (Sweden), uranium is dispersed and is not detectable as a particular mineralogical expression. Thermal maturation of the Alum Shales and hydrocarbon generation did not cause any identifiable remobilization of primary concentration, since migrated hydrocarbons did not carry uranium. In contrast, greenschist facies metamorphism associated with the Caledonian orogeny resulted in a re expression of uranium mineralization as uraninite or urano titanate crystals, which may evolve into U Ti Zr Y phospho silicates. In the case of Talvivaara, amphibolite facies metamorphism caused remobilization of synsedimentary uranium and synmetamorphic crystallization, during Svecofennian orogeny at 1880 1870 Ma, of uraninite crystals that are frequently included in carbonaceous nodules. This study shows that uranium, which is preconcentrated during sedimentation, remains immobile in the early stages of burial but is remobilized with increasing PT conditions and crystallizes as uranium oxides and/or uranium (phospho-)silicates

La serie des schistes bitumineux de timahdit represente un facies lateral synchrone de la serie phosphatee des oulad-abdoun. Le bassin de timahdit appartient a un domaine instable et subsident, alors que le bassin des oulad-abdoun fait partie d'une plate-forme stable. Les depots sont epais, monotones et riches en matiere organique a timahdit; ils sont d'epaisseur reduite, plus diversifies et riches en phosphates dans les oulad-abdoun. Ces deux bassins ont evolue dans un meme domaine paleogeographique au sein d'un golfe marin, sous l'influence d'un meme systeme d'upwelling, plus actif dans les oulad-abdoun que dans le bassin de timahdit situe en fond de golfe. Ces deux bassins ont evolue dans un environnement globalement reducteur; mais dans les oulad abdoun (plus ouvert sur l'atlantique), des variations frequentes du potentiel redox du milieu sont responsables de la diversite lithologique. Des conditions d'anoxie quasi permanentes ont regne dans le bassin de timahdit; elles se sont traduites par une conservation mediocre des dinokystes, et par un degre de substitution carbonatee faible pour les apatites. L'evolution diagenetique de la matiere organique a permis des neoformations minerales (apatites, sulfures, carbonates et argiles), et a permis de reguler la distribution des elements traces parmi les phases minerales depuis le stade du depot jusqu'au stade de l'alteration de ces series

Cette etude montre l'interet des diagraphies differees en dehors du domaine de l'industrie petroliere. Differents types de diagraphies sont montres, le traitement du signal est aborde et deux methodes d'interpretation geologique sont presentees, l'une deterministe, l'autre statistique. Trois types d'applications sont decrits: la prospection de charbon et de schistes bitumineux, la prospection de minerais metalliques et la reconnaissance de la fracturation en milieu cristallin ou metamorphique

L’exploitation des ressources naturelles non conventionnelles en substitution du pétrole est un des défis du 21e siècle. La transformation microbiologique in situ de ces ressources en méthane est une des voies les plus prometteuses développées aujourd’hui mais son application reste à démontrer. Mes objectifs ont été de démontrer l'existence d'une conversion microbiologique en méthane de la matière organique (MO) de schistes immatures et de la quantifier pour extrapoler la production potentielle de méthane à l’échelle d’un bassin sédimentaire. Une méthode de détection et de suivi des consortia méthanogènes des schistes cartons en microcosmes, par une combinaison de PCR quantitative, GC-FID et pyrolyse Rock-Eval, a été mise au point et validée. Elle a été appliquée à l’étude de la distribution spatiale des méthanogènes dans les schistes cartons du bassin de Paris et à la démonstration de la méthanisation de la MO de ces roches. Les résultats montrent comme attendu la conversion des fractions solubles de la MO (bitume) par un consortium méthanogène isolé des schistes, mais également la transformation d’une fraction plus complexe (kérogène). L’absence de corrélation stricte entre la lithologie et la présence de méthanogènes actifs rend l’extrapolation au niveau du bassin plus difficile, mais la localisation des méthanogènes à la fois dans et hors les zones riches en MO constitue un avantage certain dans l'optique d'une exploitation économique de ces ressources. Ces travaux démontrent un potentiel élevé de production microbiologique de méthane dans le bassin de Paris et ouvrent la voie vers des études de faisabilité et rentabilité économique à l’échelle d’un site de production<br>The exploitation of natural unconventional resources in substitution for petroleum is one of the challenges of the 21st century. In situ microbial transformation of these resources in methane is one of the most promising pathway currently developed, although its application needs to be demonstrated. My objectives were to demonstrate the existence of a microbial conversion into methane of the organic matter (OM) of immature shales, and to quantify it in order to extrapolate the potential for methane production of the rocks at the sedimentary basin scale. A method of detection and monitoring of methanogenic consortia from paper shales in microcosms, combining quantitative PCR, GC-FID and Rock-Eval pyrolysis, was developed and validated. It was used to study the spatial distribution of methanogens in paper shales of the Paris Basin and to demonstrate the methanization of the OM of these rocks. The results show the conversion of the soluble fractions of the OM (bitumen) by methanogenic consortia isolated from shales, but also the transformation of a more complex fraction (kerogen). No strict correlation was established between lithology and presence of active methanogens, which makes the extrapolation of methane production to the basin scale more difficult. However, the localization of methanogens in both OM-rich and OM-poor zones constitute an advantage in the perspective of an economic exploitation of these resources. This work demonstrates a great potential for microbial methane production in the Paris Basin and paves the way to studies of economic feasibility and profitability on the scale of a production site

Le travail présenté dans ce document consiste à la réalisation d’outils et de méthodes numériques pour modéliser l’influence de la microstructure des shales à la fois sur les propriétés macroscopiques ainsi que sur le processus de fissuration. La première partie du document est dédiée à la description d’un modèle Éléments Finis 3D (E-FEM) développé pour représenter la microstructure ainsi que la fissuration. Ce modèle fait parti des méthodes à discontinuités. Deux critères de fissuration sont décrits, un en mode I (critère de Rankine) et un second en mode II (critère de Mohr-Coulomb). Ces critères seront utilisés pour caractériser l’influence de la microstructure des shales sur les propriétés macroscopiques à l’aide d’essai de compression triaxiale. Plus particulièrement l’impact de la présence de kérogène dans la roche de schiste sera étudié. La seconde partie présente une méthode de décomposition de domaine (la méthode de mortier) utilisée pour réduire les temps de calcul. Cette méthode a pour avantage de permettre l’utilisation de maillage non conforme, ainsi un raffinement local du maillage est possible. Cette méthode a été intégrée à un code de calcul utilisant la programmation orientée composant et plus particulièrement à l’aide du middleware CTL. Le code de calcul permet de résoudre des problèmes linéaires et non linéaires en utilisant le modèle E-FEM. La dernière partie concerne l'étude de l'influence de la minéralogie sur le processus de fissuration à l'aide du code de calcul parallélisé. Un modèle de couplage hydro-mécanique est ensuite développé et appliqué au calcul de fissuration pour mesurer l'impact de la fissuration sur la perméabilité des shales<br>This research study aims at developing tools and numerical methods to model the influence of the microstructure of shales on macroscopic properties and cracking process. The first part of the document is dedicated to the description of a 3D Finite Elements model (E-FEM) developed to represent the microstructure and cracking phenomena. This model is part of the methods with discontinuities. Two cracking criteria are described, a mode I criteria (Rankine) and a mode II criteria (Mohr-Coulomb). These criteria will be used to characterize the influence of the microstructure of shales on the macroscopics properties in triaxial compression testing. More particularly, the impact of the presence of kerogen in the shale rock is considered. The second part presents a domain decomposition method (mortar method) used to reduce computation time. This method has the advantage of allowing the use of non-conforming mesh, so a local mesh refinement is possible. This method has been integrated into a computing code using the component-oriented programming and more specifically the CTL middleware. The computing code solves both linear and nonlinear problems using the E-FEM model. The last part concerns the study of the influence of mineralogy on the cracking process using the parallelized calculation code. A hydro-mechanical coupling model is then developed and applied to the calculation of crack to measure the impact of cracking on the shales permeability