Ecoulements dans des fractures et milieux poreux en évolution

Flow in evolving fractures and porous media

• Auteur / Autrice : Fredrik Eriksen
• Direction : Renaud Toussaint, Knut Jørgen MÅLØY
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 31/01/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Universitetet i Oslo. Historisk institutt
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique du globe (Strasbourg ; 1997-2020)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Jouniaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bjornar Sandner
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Harold Auradou, Anke Lindner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Rhéologie

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Milieux granuleux et poreux

Instabilités

Transformation mécanique et chimique

Diffusion de la pression interstitielle

Granular and porous media

Flow instabilities

Mechanical and chemical transformation

Pore pressure diffusion

Résumé

Cette thèse est une étude expérimentale de la transformation lente et rapide d’un milieu poreux sous l’action de l’écoulement d’un fluide. Le processus rapide est une déformation mécanique avec formation de canaux en raison de la forte pression du fluide, alors que le processus lent correspond à l’évolution chimique des fractures. L’étude de la déformation rapide est effectuée grâce à l’injection d’air à pression constante dans un milieu granulaire sec ou saturé. Par des techniques d’imagerie nous avons pu caractériser l’invasion par des motifs de Saffman-Taylor ; la déformation du milieu ; ainsi que les régimes d’écoulement et la dynamique de croissance des canaux. La pression interstitielle est évaluée numériquement et utilisée pour caractériser la rhéologie. L’étude de la transformation lente repose sur des expériences où de l’eau distillée est injecté à débit constant à travers un échantillon de calcaire fracturé. En comparant l’ouverture des fractures mesurées avant et après l’écoulement, nous avons caractérisé l’évolution des fractures pour différentes durées d’écoulement réactif.

This thesis is an experimental study of flow and transformation of porous media, where we study both fast and slow transformation of the media due to fluid flow. The fast process is mechanical deformation and channel formation due to high fluid pressure, and the slow process is chemical evolution of fractures. In the study of fast deformation, we perform experiments where air is injected at a constant overpressure into a saturated or dry granular medium. From recorded images, we characterize Saffman-Taylor like invasion patterns, surrounding deformation of the medium, flow regimes, and channel growth dynamics. Pore pressure is evaluated numerically, and used to characterize the rheology. In the study of slow transformation, we perform experiments where distilled water is injected at a constant flow rate through a fractured chalk sample. By comparing fracture apertures measured before and after experiments, we study the evolution of fractures for different durations of reactive flow.