La fissuration thermique dans les roches

par Luke Griffiths

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Patrick Baud.

Soutenue le 23-02-2018

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000) , en partenariat avec Institut de physique du globe (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Christian David.

Le jury était composé de Marie Violay.

Les rapporteurs étaient Thomas Kohl, Teng-Fong Wong.

mots clés

• Température
• Fissuration thermique
• Granite
• Roches volcaniques
• Émissions acoustiques
• Vitesse des ondes acoustiques
• Interférométrie des ondes coda
• Déformation
• Permeabilité
• Géothermie
• Roches -- Fracturation -- Mesure
• Roches, Mécanique des
• Roches -- Analyse

Résumé

Lorsqu'elle est chauffée, la roche peut subir une microfissuration thermique, qui influence ses propriétés physiques, mécaniques, thermiques, et de transport. La surveillance de la microfissuration thermique en laboratoire a été principalement réalisée pendant le chauffage, et rarement lors du refroidissement ou du chauffage cyclique que la roche subit dans les volcans et les réservoirs géothermiques. Un nouvel appareil a été élaboré pour surveiller les émissions acoustiques et mesurer les vitesses des ondes élastiques à haute température. L'état de fissuration a été évalué grâce à un nouvel algorithme d'analyse microstructurale, et l'influence des microfissures sur les propriétés des roches a été mesurée et modélisée. Selon la microstructure, la microfissuration peut avoir lieu pendant le chauffage ou le refroidissement, et les microfissures existantes peuvent s’ouvrir et se fermer de façon réversible avec des changements de température, et influencer les propriétés de la roche.

mots clés

• Temperature
• Thermal microcracking
• Granite
• Volcanic rock
• Acoustic emissions
• Acoustic wave velocity
• Coda wave interferometry
• Deformation
• Permeability
• Geothermal energy

Titre traduit

Thermal microcracking in rock

Résumé

Rock may undergo thermal microcracking when heated, affecting its physical, mechanical, thermal, and transport properties. Thermal microcrack monitoring in the laboratory has mainly been performed during heating, and rarely during the cyclic heating and cooling relevant for volcanoes and geothermal reservoirs. For this, a new dedicated apparatus for the acoustic emission monitoring and wave velocity measurement at high temperatures was elaborated, building on previous designs. Microcrack damage was assessed with a new algorithm for quantitative microstructural analysis, and the influence of thermal microcracks on rock properties was measured and modelled. Depending on the rock type and initial microcrack content, microcracking occurred during either heating, cooling, or neither, and existing microcracks reversibly opened or closed with increasing temperature. In Earth's crust, the evolution of rock properties with temperature may be significant and is determined by the microstructure.