Caractérisation expérimentale et modélisations des ondes électromagnétiques générées par conversion sismoéléctrique aux interfaces des milieux poreux
Auteur / Autrice : | Victor Martins Gomes |
Direction : | Daniel Brito, Hélène Barucq |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Géophysique |
Date : | Soutenance le 05/12/2022 |
Etablissement(s) : | Pau |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : 83656 Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs |
Jury : | Président / Présidente : Michel Dietrich |
Examinateurs / Examinatrices : Michel Dietrich, Christina Morency, M. Tygel, Clarisse Bordes | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Jouniaux, Damien Jougnot |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Des perturbations mécaniques créées par le déplacement d'ondes sismiques dans le milieux poroeux entraînent la conversion d'énergie sismique en énergie électromagnétique (EM). Deux formes de conversion, de nature électrocinétique, ont été continuellement étudiées dans le cadre de l'exploration du sous-sol: la première est un champ d'onde strictement lié à l'onde sismique, par conséquent appelé champ cosismique, tandis que l'autre ne se produit que lors du changement de propriétés physiques aux interfaces géologiques, avec la génération d'un rayonnement d'ondes EM dont les vitesses sont classiquement supérieures à 1E6 m/s, très largement au-dessus des vitesses sismiques. En raison de la sensibilité de cette dernière conversion aux changements de lithologie, en particulier à la variation du fluide interstitiel, il est pertinent d'étudier ses effets en complement d'études sismiques ou électromagnetiques de proche surface par example. Par conséquent, il existe un effort continu pour développer et promouvoir une approche géophysique indirecte, basée sur ces conversions électrocinétiques, la méthode sismoélectrique. Cependant, des obstacles provenant du nombre de paramètres physiques impliqués dans la modélisation des effets ($geq 15$) et un manque de compréhension globale sur ces phénomènes, diffèrent pour l'instant une utilisation généralisée de la sismoélectrique: il existe actuellement deux descriptions théoriques principales, mais à ce jour, aucune validée d'une manière quantitative appropriée. En tant que contribution aux connaissances existantes sur les conversions sismo-EM, cette thèse propose un montage expérimental adaptée aux mesures simultanées des deux conversions électrocinétiques, avec un rapport signal-sur-bruit satisfaisant. Cette configuration expérimentale permet la reproduction de divers milieux géologiques, y compris des couches poreuses baignants dans différents fluides, une particularité par rapport aux expériences précédentes conçues pour étudier le même sujet. En parallèle, un code numérique déjà existant, construit en se basant sur la théorie sismo-EM la plus fréquemment utilisée, a été adapté pour modéliser l'expérience, ouvrant ainsi la voie à des comparaisons entre théorie et mesures de laboratoire. Par conséquent, une série de mesures dans des milieux homogènes et stratifiés ont été menées, ainsi qu'une modélisation numérique correspondante. Les simulations ont montré que même s'il existe des désaccords d'amplitude, dans l'ensemble, les prédictions théoriques sont en accord avec les données expérimentales. De plus, en étudiant à la fois expérimentalement et numériquement les effets de l'amincissement de la couche sur la réponse de l'interface, il a été observé qu'une amplification des signaux mesurés se produit lorsque la couche a une épaisseur égale à la moitié de la longueur des ondes de compression P. Enfin, l'effet de la conductivité du fluide sur les ondes électromagnétiques générées par l'interface a été étudié. Il a été remarqué que, dans l'expérience réalisée, les amplitudes diminuent avec l'augmentation de la conductivité, tandis que le rapport entre la réponse interfaciale et les amplitudes cosismiques augmente. De plus, la comparaison avec des simulations numériques a confirmé, à nouveau, que la théorie réussit à fournir une représentation juste des expériences.