Comprendre l'évolution de la formation de canaux et de la fracturation des roches dures liée à l'écoulement à grande vitesse d'un fluide

Understanding the evolution of channeling and fracturing in tight rocks due to fast fluid flow

• Auteur / Autrice : Semih Turkaya
• Direction : Renaud Toussaint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 10/11/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique du globe (Strasbourg)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Daniel, Luis Rivera, Dani Or
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Géminard, Daniel Koehn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Lamb, Ondes de

Modèles mathématiques

Roches -- Fracturation

Roches -- Déformation

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Les ondes Lamb

Les émissions acoustiques

Fracturation

Milieu poreux

Lamb waves

Acoustic emissions

Fracturing

Porous medium

Signal localization

Earthquake types

Résumé

Depuis de nombreuses années, la compréhension de l'influence des fluides dans la déformation des roches est un enjeu majeur pour de nombreux scientifiques. Dans le cadre de ce projet de recherche, notre attention s’est focalisée sur l’observation et la modélisation des mécanismes d’interaction entre les parties fluide et solide lors de l’aérofracturation d’un milieu poreux. Notre dispositif expérimental reproduit le phénomène à basse pression et dans un système pertinent pour l’analyse optique, grâce à une cellule de Hele‐Shaw rectangulaire dans laquelle se trouve un milieu granulaire soumis à des écoulements de fluide interstitiel. Dans les expériences et les simulations nous avons observé ce que l’amplitude de la partie de fréquence basse du spectre puissance diminue avec la fracturation en progrès. Aussi, nous avons développé une méthode pour focaliser les ondes ce qui peut être utiliser pour estimer la position de la source.

Fluid induced brittle deformation of porous medium is a phenomenon commonly present in everyday life. From an espresso machine to volcanoes it is possible to see traces of this phenomenon. In a rectangular Hele‐Shaw cell we inject air into a loose porous medium. Then, we monitor this system using optical imaging using a high speed camera (1000 fps) and 4 high frequency resolution accelerometers. Using the numerical and experimental acoustic emissions, different sources of the recorded signal (vibrations due to air, changes in the effective stress due to fluid‐solid interactions) are analyzed. We found that, the peaks in the low frequency range (f < 20 kHz) diminishes while the medium fractures. Furthermore, we propose a new signal localization method based on energy amplitude attenuation and inversed source amplitude comparison. Furthermore, using optical and acoustic datasets and numerical simulations, the mechanics leading Type‐A and Type‐B earthquakes are explained.