Thèse soutenue

Dispersion des modules élastiques de carbonates saturés : étude expérimentale et modélisation
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Auteur / Autrice : Jan Borgomano
Direction : Yves GuéguenJérôme Fortin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
Date : Soutenance le 24/01/2018
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
Jury : Président / Présidente : Hélène Lyon-Caen
Examinateurs / Examinatrices : Yves Guéguen, Jérôme Fortin, Hélène Lyon-Caen, Holger Steeb, Elisabeth Bemer, Christian David
Rapporteurs / Rapporteuses : Holger Steeb, Boris Gurevich

Résumé

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Pour les roches saturées, la comparaison entre les mesures ultrasoniques (1 MHz) au laboratoire et les mesures sismiques (100 Hz) ou de diagraphie (10 kHz) sur le terrain n’est pas directe à cause de la dispersion des vitesses des ondes. Les mécanismes impliqués dans la dépendance en fréquence sont les écoulements de fluides à différentes échelles provoqués par le passage de l’onde. La dispersion et l’atténuation des modules élastiques de roches carbonatées ont été étudiées expérimentalement. Les calcaires étudiés sont : un Lavoux, un Indiana intact et craqué thermiquement, un calcaire Urgonien de Provence (Rustrel), et un coquina pré-sel du Congo. Les mesures ont été faites sur une large gamme de fréquence, en combinant les techniques d’oscillations forcées (10-3 to 102 Hz) et ultrasoniques (1 MHz) dans une presse triaxiale, pour différentes pressions effectives. Le forçage peut être hydrostatique pour mesurer un module d’incompressibilité, ou axial pour mesurer le module de Young et le coefficient de Poisson. Pour étudier l’effet de la viscosité, les mesures ont été faites en condition sèche, puis saturée en glycérine et en eau. Le drainage global et le mécanisme d’écoulement crack-pore ont été caractérisés, en termes d’amplitude de dispersion, d’atténuation viscoélastique, et de fréquence de coupure. Pour nos échantillons, la théorie de Biot-Gassmann s’est montrée valide pour les fréquences sismiques (10-100 Hz) sauf pour l’Indiana craqué thermiquement. La dispersion liée à des écoulements crackspores a été observée pour tous les échantillons sauf le Lavoux. Les fréquences de coupures de ceux-ci sont toutes dans la gamme des fréquences des diagraphies (10 kHz) pour des conditions de saturation en eau. Un modèle simple, combinant poroélasticité et milieux effectifs, a été développé pour prédire la dispersion des modules sur toute la gamme de fréquence, et s’est montré généralement en accord avec les résultats expérimentaux.