Propriétés physiques et anisotropie des roches argileuses : modélisation micromécanique et expériences triaxiales

par Joël Sarout

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Sciences de la terre

Sous la direction de Yves Guéguen.


  • Résumé

    Les roches argileuses représentent 2/3 des roches sédimentaires à la surface de la Terre et constituent 80% des sections forées au cours des opérations de forage autour des gisements d’hydrocarbures. De part leur très faible perméabilité, plusieurs pays les considèrent comme une éventuelle lithologie hôte pour le confinement de déchets radioactifs. En France, l’ANDRA évalue la fiabilité de la couche argileuse Jurassique du Callovo-Oxfordien (400 à 670m). Notre étude se propose de combiner une approche expérimentale (mesures en laboratoire) à une approche théorique (modélisation micromécanique), afin de quantifier l’évolution de la microstructure des roches argileuses sous contrainte triaxiale, représentative des conditions in situ. Le dispositif expérimental développé à l’ENS permet la mesure continue et simultanée de cinq vitesses d’ondes élastiques différentes (tenseur complet des modules élastiques) et deux directions de déformation (axiale et circonférentielle), sur le même échantillon cylindrique de roche. Ceci nous autorise à utiliser l’anisotropie élastique comme un indicateur de l’évolution de la microstructure de la roche (anisotropie élastique intrinsèque de la matrice solide et anisotropie élastique induite par la porosité). Un modèle micromécanique original est développé afin d’estimer l’importance de ces deux sources d’anisotropie élastique et s’avère capable de rendre compte de la plupart des résultats expérimentaux acquis dans cette thèse ou reportés dans la littérature. Ce modèle quantifie explicitement les propriétés macroscopiques de la roche à partir de ses spécificités microscopiques par une méthode d’homogénéisation basée sur la théorie d’Eshelby.

  • Titre traduit

    Shales physical properties and anisotropy : micromechanical modeling and triaxial experiments


  • Résumé

    Clayrocks, and shales in particular, represent 2/3 of all sedimentary rocks on Earth’s upper crust and constitute 80% of all drilled sections around hydrocarbon bearing reservoirs. Due to their very low permeability, several countries are considering them as a possible host lithology for radioactive waste confinement. In France, ANDRA is evaluating the reliability of the Callovo-Oxfordian layer, Jurassic in age (400 to 670m). The present research work combines an experimental approach (laboratory measurements) to a theoretical approach (micromechanical modeling) in order to assess the evolution of clayrocks microstructure under triaxial stresses, representative of in situ conditions. The experimental setup developed at the ENS allows for the continuous and simultaneous measurement of five different elastic wave velocities (whole tensor of elastic moduli) and two directions of strain (axial and circumferential), on the same cylindrical rock sample. This last point allows us to use elastic anisotropy as an indicator of rock microstructure evolution (porosity-induced and intrinsic anisotropy of the solid phase). An original micromechanical model is developed in order to assess the relative impact of these two sources of elastic anisotropy and is able to account for most of experimental data acquired during this thesis or reported in the literature. This model quantifies explicitly rock macroscopic properties in terms of its microscopic specificities by means of a method based on Eshelby’s theory.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 195-204

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  • Cote : 0g ORSAY(2006)289

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  • Cote : 06 PA11 2289
  • Bibliothèque : Ecole des Ponts ParisTech (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne). Bibliothèques de recherche.
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