Le 21 janvier 2019, Maddi Etxegarai soutiendra sa thèse intitulée "Couplages hydromécaniques dans les roches réservoirs étudiés par radiographie aux neutrons in situ"
Cette thèse a été co-encadrée par Stephen A. Hall (Université de Lund) et Cino Viggiani (3SR) dans le cadre d'un projet "visiteur long" financé par Tec21.
Résumé
Le comportement des roches-réservoirs souterraines est un sujet important pour de nombreuses applications liées à la production d’énergie (extraction
d’hydrocarbures, séquestration de CO2 , ...). L’une des principales questions posées est celle de l’effet des déformations sur les propriétés de transfert hydraulique de la roche, en particulier
en conditions saturées. En effet, la déformation des géomatériaux est rarement homogène en raison de conditions aux limites complexes et de sa tendance intrinsèque à se localiser. Cette non-
uniformité spatiale de la déformation produit un champ de perméabilité hétérogène. Cela remet en question la validité (a) des méthodes traditionnelles d’analyse macroscopique et (b) des mesures
établies principalement loin des zones de déformation localisée. Ainsi, pour améliorer la caractérisation des géo-matériaux, il est crucial d’avoir des mesures locales de la perméabilité, et de
connaître la relation entre la déformation et la perméabilité, qui gouverne leur comportement hydraulique.
Cette thèse porte sur l’étude du couplage hydromécanique des roches par tomographie aux neutrons et aux rayons X, ainsi que sur le développement de nouvelles
méthodes d’analyse. Même si le recours à l’imagerie par rayons X en géosciences devient de plus en plus accessible, la détection directe des fluides a été très limitée en raison du faible
contraste air/eau dans les géomatériaux. Contrairement aux rayons X, les neutrons sont très sensibles à l’hydrogène présent dans l’eau. La radiographie par neutrons permet donc d’obtenir des
images où la détection du fluide est bien plus facile. De plus, les neutrons sont sensibles aux isotopes, ce qui veut dire que l’eau lourde et celle normale, qui ont des propriétés
physico-chimiques proches, peuvent être distinguées avec une grande précision. Il faut noter que l’imagerie aux neutrons pour les roches est un domaine expérimental qui est essentiellement
inexploré, ou limité à des études 2D d’échantillons secs, avec peu ou pas de contrôle sur les conditions aux limites.
Dans le cadre de ce travail, nous avons conçu une nouvelle cellule triaxiale, avec un con-trôle asservi, pour effectuer des expériences d’écoulement de fluides
multiples dans un échantillon de roche saturé et chargé mécaniquement avec acquisition des don-nées neutroniques en 4D. Une autre originalité du projet est l’utilisation d’installations
d’imagerie neutroniques à haute performance (CONRAD-2 au Helmholtz Zentrum à Berlin et NeXT à l’Institut Laue-Langevin à Grenoble), profitant de la technologie de pointe et des lignes de faisceaux
les plus puissantes du monde. Cela a permis d’acquérir des données à une fréquence optimale pour notre étude. Ce travail présente les résultats de plusieurs campagnes expérimentales couvrant une
série de conditions initiales et de conditions aux limites relativement complexes. Pour quantifier le couplage hy-dromécanique local, nous avons appliqué un certain nombre de procédures de
post-traitement standard et nous avons également développé un ensemble de méthodes de mesure, par exemple pour suivre le front d’eau et déterminer les cartes de vitesse 3D. Les résultats montrent
que la vitesse du front d’eau entraîné par imbibition dans un échantillon sec est augmentée à l’intérieur d’une bande de cisaillement compactante, tandis que la vitesse d’écoulement entraîné par
la pression est réduite dans les échantillons saturés. La nature des données 3D et des analyses s’est révélée essentielle dans la caractérisation du comportement mécanique complexe des
échantillons et de la vitesse d’écoulement qui en résulte.
Les résultats expérimentaux obtenus contribuent à la compréhension de l’écoulement dans les matériaux poreux sous chargement, garantissent la pertinence de
l’analyse et permettent d’établir une méthode expérimentale pour d’autres campagnes hydromé-caniques in-situ.
Contact
Cino Viggiani (3SR)
En savoir plus
Couplages hydromécaniques dans les roches réservoirs étudiés par radiographie aux neutrons in situ
Détail du projet (EN)
Laboratoire Sols, Solides, Structures et Risques
3SR
