La fissuration thermique dans les roches

Thermal microcracking in rock

• Auteur / Autrice : Luke Griffiths
• Direction : Patrick Baud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 23/02/2018
• Etablissement(s) : Strasbourg
• 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 : Christian David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Violay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Kohl, Teng-fong Wong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Roches -- Analyse

Roches, Mécanique des

Mesure

Roches -- Fracturation

Mots clés libres

Température

Fissuration thermique

Granite

Roches volcaniques

Émissions acoustiques

Vitesse des ondes acoustiques

Interférométrie des ondes coda

Déformation

Permeabilité

Géothermie

Temperature

Thermal microcracking

Granite

Volcanic rock

Acoustic emissions

Acoustic wave velocity

Coda wave interferometry

Deformation

Permeability

Geothermal energy

Résumé

Lorsqu'elle est chauffée, la roche peut subir une microfissuration thermique, qui influence ses propriétés physiques, mécaniques, thermiques, et de transport. La surveillance de la microfissuration thermique en laboratoire a été principalement réalisée pendant le chauffage, et rarement lors du refroidissement ou du chauffage cyclique que la roche subit dans les volcans et les réservoirs géothermiques. Un nouvel appareil a été élaboré pour surveiller les émissions acoustiques et mesurer les vitesses des ondes élastiques à haute température. L'état de fissuration a été évalué grâce à un nouvel algorithme d'analyse microstructurale, et l'influence des microfissures sur les propriétés des roches a été mesurée et modélisée. Selon la microstructure, la microfissuration peut avoir lieu pendant le chauffage ou le refroidissement, et les microfissures existantes peuvent s’ouvrir et se fermer de façon réversible avec des changements de température, et influencer les propriétés de la roche.

Rock may undergo thermal microcracking when heated, affecting its physical, mechanical, thermal, and transport properties. Thermal microcrack monitoring in the laboratory has mainly been performed during heating, and rarely during the cyclic heating and cooling relevant for volcanoes and geothermal reservoirs. For this, a new dedicated apparatus for the acoustic emission monitoring and wave velocity measurement at high temperatures was elaborated, building on previous designs. Microcrack damage was assessed with a new algorithm for quantitative microstructural analysis, and the influence of thermal microcracks on rock properties was measured and modelled. Depending on the rock type and initial microcrack content, microcracking occurred during either heating, cooling, or neither, and existing microcracks reversibly opened or closed with increasing temperature. In Earth's crust, the evolution of rock properties with temperature may be significant and is determined by the microstructure.