Thèse en cours

Etude des propriétés hydromécaniques des géomatériaux fracturés : impression 3D d'éprouvettes incluant des modèles de réseaux de fractures
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Auteur / Autrice : Yunlong Wu
Direction : Jean-Baptiste Colliat
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Génie Civil
Date : Inscription en doctorat le 22/07/2022
Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle

Résumé

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Au cours des dernières décennies, l'influence de la morphologie microstructurale sur l'écoulement des fluides et le transport des solutés dans le réseau de fissures des géomatériaux a suscité une grande attention dans les domaines de l'ingénierie de la pétrochimie, de l'hydrogéologie, des structures civiles et géotechniques, y compris le stockage des déchets radioactifs dangereux, le stockage du pétrole et du gaz carbonique. la séquestration du dioxyde et l'extraction de l'énergie géothermique. Dans la littérature, les études sur le système poreux des géomatériaux peuvent être divisées en deux catégories. Le premier est le modèle mono-fissure ou mono-porosité, et le second est le modèle multi-fissures. Dans les modèles à fissure unique, on suppose que la fracture unique présente un écoulement homogène continu, avec un état laminaire. En conséquence, avec l'adoption du concept de plaques parallèles, les propriétés hydrauliques des fractures peuvent être mesurées et estimées à l'aide de l'évolution de la pression et du débit à l'état d'équilibre, également appelée loi cubique. De par sa simplicité et son efficacité, la loi cubique est largement utilisée dans le transport de fluide en rupture. Cependant, la variété de fracture, les caractéristiques de surface et la morphologie réelle des pores sont négligées dans la méthode précédente. Par conséquent, de nombreux chercheurs ont tenté de modifier et d'améliorer la loi cubique. Cependant, la validation et la vérification de ces lois modifiées sont encore en cours de recherche en raison de nombreuses difficultés dans l'identification précise. D'autre part, bien que la formulation des modèles multi-fissures soit plus complexe que celle du modèle mono-fissure, ils sont largement utilisés dans les applications d'ingénierie. Leurs thèmes de recherche portent principalement sur les propriétés de transport dans les milieux poreux, comme la perméabilité intrinsèque. Cependant, ces paramètres dépendent fortement de la morphologie microstructurale du matériau étudié, qui peut être perturbée et modifiée par l'éventuelle redistribution des contraintes. Par conséquent, la modélisation et l'analyse du réseau de fissures au niveau de la microstructure deviennent particulièrement complexes et importantes. Afin d'obtenir une description précise du réseau de fissures, certains chercheurs ont utilisé la technologie d'impression 3D pour reproduire un réseau de fractures avec une surface lisse. Après cela, la rugosité de surface est étudiée par d'autres chercheurs. Cependant, comme les types et les caractéristiques des fissures sont très limitées dans les études précédentes, les conclusions obtenues ne sont pas convaincantes. De plus, comme l'eau est généralement utilisée dans la réalisation d'essais expérimentaux, la viscosité du fluide et l'écoulement diphasique ne sont pas pris en compte. De plus, l'influence de l'état de stress n'a pas été étudiée dans les études précédentes. Dans cette recherche, nous nous concentrons sur les points suivants : imprimer des spécimens 3D représentant un réseau de fissures simplifié, en utilisant la technologie d'impression 3D ; mesurer la géométrie du réseau de fractures par profilométrie CT-scan ; mesurer la perméabilité apparente aux fluides et effectuer une comparaison avec des simulations numériques par la méthode Lattice-Boltzmann ; évaluer l'effet d'une contrainte macroscopique (ex. pression de confinement) sur la connectivité du réseau de fractures et sur la perméabilité ; pour étudier l'écoulement diphasique (perméabilité aux gaz).