Mécanique du glissement asismique sous pression de fluide : modélisation d'expériences d'injection en laboratoire

Mechanical control on fluid-induced aseismic slip : insights from injection experiment modeling

• Auteur / Autrice : Jinlin Jiang
• Direction : Dominique Bruel, Pierre Dublanchet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Soutenance le 13/06/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Bruel, Pierre Dublanchet, Robert C. Viesca, Marie Violay, Jean Schmittbuhl, Alexandre Schubnel, Mathilde Adelinet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert C. Viesca, Marie Violay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction fluide-roche

Zones de failles

Séismes provoqués

Mots clés libres

Injection de fluide

Glissement asismique

Vitesse de rupture

Moment asismique

Volume injecté

Presse tri-Axiale

Frottement

État de contrainte

Fluid injection

Aseismic slip

Rupture Speed

Aseismic moment

Injected Volume

Tri-Axial Cell Stress

Friction

Stress

Résumé

Les injections de fluides liées à l’exploitation de réservoirs géothermiques entraînent bien souvent la réactivation de failles, sous la forme d’un glissement lent ou asismique, déclenchant à son tour des séismes dits induits. Cette thèse est consacrée à une étude numérique du glissement asismique déclenché par injection de fluide. Un modèle FEM y est développé afin de simuler des expériences d’injection effectuées en presse triaxiale. Les simulations présentées dans ce travail permettent de quantifier l’effet du scenario d’injection, de la diffusivité de la faille, des propriétés de frottement et de l’état de contrainte initial sur la dynamique d’expansion du glissement asismique, fournissant un nouveau regard sur les lois d’échelles caractérisant la vitesse de rupture et le moment maximum libéré. L’approche présentée permet de fournir des pistes de réflexion pour améliorer l’évaluation de l’aléa lié à l’exploitation géothermique. Le modèle numérique développé est également validé sur un jeu de données expérimentales, ce qui ouvre des perspectives importantes pour approfondir l’interprétation mécanique des expériences d’injection menées en laboratoire.

Fluid injections performed in the framework of geothermal exploitation can reactivate slip on preexisting crustal faults, leading to aseismic slip transients in turn triggering so-called triggered earthquakes. This PhD thesis is a numerical study dedicated to the physical control on the fluid-induced aseismic slip. A hydromechanical FEM is developed to simulate injection experiments performed in a tri-axial cell in the laboratory. The simulations presented allow to quantify the effect of the injection scenario, the hydraulic diffusivity, the fault friction and pre-stress on the dynamics of induced aseismic slip, providing new insights into the scaling laws commonly used to characterize this phenomenon, in particular the rupture speed and the maximum moment released. The approach presented here is thus of importance in the perspective of improving hazard mitigation in the context of geothermal exploitation. The model predictions are also validated on a real experimental dataset, which opens a new avenue to improve the mechanical interpretation of injection experiments in the laboratory.