Etude expérimentale intégrée de l'impact de l'altération des roches sur leurs propriétés hydromécaniques

Integrated experimental study of the impact of the alteration on the hydromechanical properties of rocks

• Auteur / Autrice : Théo Briolet
• Direction : Jérôme Fortin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Surface & Réservoir
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Mots clés

Mots clés libres

Roches

Propriétés hydromécaniques

Altération

Impact du changement climatique

Expérimental

Rocks

Hydromechanical properties

Alteration

Climate change impact

Experimental

Résumé

Les interactions fluides-roches jouent un rôle fondamental dans l'évolution de notre environnement. Elles vont notamment influer sur le développement des systèmes karstiques, sur l'altération météorique des roches et donc les taux d'érosion continentale, ainsi que sur le recul des falaises sous l'action de l'infiltration des eaux météoriques... L'ensemble de ces processus va dépendre des conditions climatiques et les couplages thermo-hydromécaniques et chimiques associés devront donc être pris en compte pour prévoir l'impact du changement climatique sur les zones vulnérables concernées. Les modèles de transport réactif ont connu d'importants développements ces deux dernières décennies. Néanmoins, la compréhension du couplage avec les déformations du milieu poreux et de l'impact sur ses propriétés hydromécaniques reste insuffisante. L'intégration des interactions fluides-roches dans des modèles prédictifs à grande échelle requiert donc une meilleure connaissance des effets du transport réactif à l'échelle de la microstructure où les différents processus vont s'initier. La plupart des études expérimentales se focalisent sur l'évolution de la porosité et de la perméabilité et peu d'entre elles abordent l'impact des conditions d'écoulement sur les propriétés mécaniques (modules élastiques, vitesse de propagation des ondes, résistance à la rupture). L'objectif de ce travail de thèse est de développer une approche expérimentale intégrée permettant de comprendre l'effet d'un écoulement réactif sur la structure poreuse et les propriétés hydromécaniques des roches. Différentes microstructures de roches carbonatées (par nature très réactives) seront considérées, dont des échantillons fracturés afin d'étudier les interactions entre fractures et matrice poreuse qui jouent un rôle essentiel dans les problématiques considérées. Une fois validée au cours de la thèse, l'approche ainsi définie pourra être appliquée à différentes formations rocheuses soumises à des conditions d'écoulement réactif variées et utilisée pour contraindre des modèles chemo-hydro-mécaniques.

Fluid-rock interactions play a fundamental role in the evolution of our environment. In particular, they will influence the development of karst systems, the weathering of rocks and therefore the rates of continental erosion, as well as the retreat of cliffs under the action of the infiltration of meteoric water... All of these processes will depend on climatic conditions and the associated thermo-hydromechanical and chemical couplings will therefore have to be taken into account to predict the impact of climate change on the vulnerable areas concerned. Reactive transport models have undergone significant development over the last two decades. Nevertheless, the understanding of the coupling with the deformations of the porous medium and the impact on its hydromechanical properties remains insufficient. The integration of fluid-rock interactions in large-scale predictive models therefore requires a better understanding of the effects of reactive transport at the microstructure scale where the different processes will be initiated. Most experimental studies focus on the evolution of porosity and permeability and few address the impact of flow conditions on mechanical properties (elastic moduli, wave propagation velocity, fracture resistance). The objective of this thesis is to develop an integrated experimental approach to understand the effect of reactive flow on the pore structure and hydromechanical properties of rocks. Different microstructures of carbonate rocks (by nature very reactive) will be considered, including fractured samples in order to study the interactions between fractures and porous matrix which play an essential role in the considered problems. Once validated during the thesis, the approach thus defined can be applied to different rock formations subjected to various reactive flow conditions and used to constrain chemo-hydro-mechanical models.