Détermination in situ de champs de contrainte régionaux et interprétations

In situ determination of regional stress fields and interpretations

• Auteur / Autrice : Frédéric Fontbonne
• Direction : François-Henri Cornet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mesures de contraintes

Méthode HTPF [Hydraulic Tests on Preexisting Fractures]

Visco-élasticité

Modèle mécanique de terrain

Imagerie électrique

Flac3d

Influences topographiques

Résumé

La détermination d'un champ de contrainte régional par la méthode HTPF (Hydraulic Tests on Preexisting Fractures) requiert, d'une part, des données de contraintes locales avec des incertitudes les plus faibles possibles et, d'autre part, une loi d'interpolation qui lisse les faibles hétérogénéités et met en exergue ou intègre les fortes perturbations. Nous développons ces deux aspects complémentaires dans cette thèse en travaillant tout d'abord sur les incertitudes liées aux mesures. Nous présentons, ensuite, les résultats de l'interprétation de trois campagnes de mesures de contraintes aux intérêts variés : influence des directions des contraintes principales sur l'activité hydraulique des failles régionales, information géotechnique déduite du rapport de la contrainte minimum horizontale sur la contrainte verticale (K0) et influence de la topographie dans le cadre de la réalisation d'un tunnel profond reliant deux vallées alpines. Finalement, nous intégrons des mesures de contraintes dans un modèle numérique géomécanique (FLAC3D) afin d'extrapoler les résultats à l'échelle du massif. Cela nous a amené à étudier l'influence de grosses hétérogénéités régionales sur le champ de contrainte ainsi que l'incidence de paramètres visco-élastiques. Nous discutons également de notre choix d'inverser les contraintes normales mesurées plutôt que les profils de contraintes déduits de la méthode HTPF. Nous discutons alors la solution touvée, en considérant un milieu homogène et élastique, qui nous a permis d'extraire les contraintes à environ 12 km de profondeur et nous montrons qu'elles sont cohérentes avec des mécanismes au foyer locaux

The determination of a regional stress field by HTPF method (Hydraulic Tests on Preexisting Fractures) requires, on the one had, accurate data of local stresses and, on the other hand, an interpolation law which smooths low scale heterogeneities and puts forward the strong disturbances. We develop these two complementary aspects in this PhD while working first of all, on uncertainties related to the HTPF method. Then, we present the interpretation results of three different sets of stress measurements: influence of the main stress directions on the hydraulic activity of regional faults, geotechnical information deduced from the ratio of the horizontal minimump stress over the vertical stress (K0), and topographic influences in the framework of the construction of a deep tunnel connecting two alpine valleys. Finally, we integrate stress measurements in a numerical geomechanical model (FLAC3D) in order to extrapolate the results at the massif scale. That gives us the opportunity to study the influence of large regional heterogeneities on the stress field, as well as the incidence of visco-elastic parameters. We also discuss the choice to inverse the direct normal stresses rather than the stress profiles deduced from HTPF method. Then, the solution is examined, by considering an homogeneous elastic medium, which enabled us to extract the stress values at 12 km depth and we show that they are coherent with local focal mechanisms