Caractérisation hydromécanique des fractures in-situ Apport ......•06/07/2007 • 2/ 25 Développement d’une nouvelle méthode de caractérisation des fractures in situ comprenant

$Page 1: Caractérisation hydromécanique des fractures in-situ Apport ......•06/07/2007 • 2/ 25 Développement d’une nouvelle méthode de caractérisation des fractures in situ comprenant$
•• 06/07/2007 1 / 25

Journée sur les « Discontinuités et joints dans les massifs rocheux » organisée par le LCPC (jeudi 24 mai 2007)

Caractérisation hydromécanique des fractures in-situ

Apport de la modélisation numérique

A. Thoraval

•• 06/07/2007 2 / 25

Développement d’une nouvelle méthode de caractérisation des fractures in situ comprenant :

GEOSCIENCE-AZUR, Nice

INERIS, Nancy

TELEMACSITE S.A.PETROMETALIC

Thèse F. CAPPA, 2005

la mise au point d’une sonde de mesurecouplée hydromécanique (baptisée HPPP*)

la mise au point d’un protocole d’interprétationbasé sur l’utilisation de modèles numériques

Cadre des travaux présentés

L3S, U.J.F, Grenoble

LAEGO,INPL, Nancy

ThèsesP. FENART, 2001

I. KADIRI, 2002

ThèseI. RAHMANI, 2006

In situ

Laboratoire

Modélisations

• HPPP : High-Pulse Poroelasticity Probe (brevet en cours de dépôt par Y. GUGLIELMI, GEOSCIENCE-AZUR)

•• 06/07/2007 3 / 25

Mise au point d’une sonde permettant d’améliorer la qualité des mesures in situMesures classiques (réalisées initialement sur site)

extensomètres à corde vibrante (précision : 1 µm/m)capteurs de pression interstitielle (précision : 1 kPa)fréquence d’acquisition: 2 mesures/mn (1/30 Hz)

Mise au point d’une sonde amovible basée sur la technologie des fibres optiques (HPPP)

mesures de déplacement plus précises : 0,1 µm/m

capteurs plus petitsgrande rapidité de réponse : 120 Hzmesures non affectées par le

champ magnétique

Perspectives de développement et de compactage de la sonde prévues par GEOSCIENCE-AZUR

•• 06/07/2007 4 / 25

Réalisation de mesures sur le site expérimental de Coaraze

Frontières imperméables

Caractéristiques du siteBloc calcaire stratifié découpé par des failles drainantes Présence d’une source sur laquelle a été installée une

vanne (débit moyen annuel de 10 l/s)Conditions géométriques, hydrauliques et mécaniques

bien connues aux limites de la zone étudiée

NANCY

COARAZE(site pilote)

NANCY

COARAZE(site pilote)

source de la Parre

Calcaires perméables duBérriasien-Valanginiens

CRETACE JURASSIQUE

Marno-calcaires perméables du Hauterivien-Barremien

Argile imperméableCiment projeté

•• 06/07/2007 5 / 25

Reconnaissance de la fracturation du site

Visualisation sur photo des traces des fractures principales du site de Coaraze

R4 R8

R1 D14

D6

D3

D2

D1

D10D8

D4D5

D7

0

5

10

15

20

3 familles principales de discontinuités d’orientation moyenne :

(S) joints de stratification : azimut N40, pendage 45 SE

(D) failles : azimut N120 à N140, pendage 75 à 90 NE

(R) failles : azimut N50 à N90, pendage 70 à 80 NW

Nord

•• 06/07/2007 6 / 25

Mesure précise de la position et de l’orientation des fractures par levés tachéométriques

Mesure des coordonnées X, Y et Z de points positionnés sur les traces visibles des fractures sur le versant

Traitement des mesures pour déterminer l’orientation et la position des différentes fractures

Détection des sources d’imprécisionpoints colinéaires, fracture non plane

Visualisation des points mesurés

•• 06/07/2007 7 / 25

Caractérisation hydromécanique du site expérimentalDémarche :

Réalisation d’expérimentation in situ (2 types de sollicitation hydraulique)Mesures de la réponse hydromécanique (à l’aide de différents dispositifs de mesures)Interprétation des expérimentations à l’aide de modèles analytiques et numériques

Sollicitation globaleRemontée de la nappe

par fermeture de la vanne

HM1HM2HM1HM2HM1HM2

Sollicitation localePression ou débit imposé en un point d’une fracture

Zone d’intérêt : zone limitée autour de la fracture instrumentée

Condition saturéeà proximité de la zone sollicitée

Zone d’intérêt : toutes les fractures

Présence d’une zone initialement non-saturée

•• 06/07/2007 8 / 25

Sollicitation globale

Sollicitation globaleremontée de la nappe par fermeture de la vanne

Vanne ouverte

Vanne fermée

Instrumentations mise en place [Guglielmi, 1999]Extensomètres à corde vibrante (GLOZL®.) : 1 µm/m

Capteurs de pression interstitielle : 1 kPa

Inclinomètres de type IPG (conçu par P.A. Blum) et fabriqués par TELEMAC®. :10-6 rad (en dépl. : 0,1 µm)

Station d’acquisition (CAMPBELL®) : freq. =1/30Hz

ManomètreExtensomètreà corde vibrante

Saturation des fractures conductrices Saturation

des joints de stratification

E8 E8

E1E1

M10

M3 M3

M10

•• 06/07/2007 9 / 25

Mesure de la réponse du site à la sollicitation globale

Dans les fractures conductrices :

corrélation entre ∆P et ∆un

Dans les joints de stratification :

pas de corrélation claire entre ∆P et ∆un

Pression hydraulique (kPa)Déformation (µm/m)

ManomètreExtensomètreà corde vibrante

806040200

543210

Pression hydraulique (kPa)Déformation (µm/m)

M3

M10

∆P, ∆un = f(temps)

E1

E8

2520151050

2

1

0


•• 06/07/2007 10 / 25


Interprétation à l’aide d’un modèle 2D(travaux initiés dans le cadre de la thèse I. KADIRI (2002)/LAEGO )

Point 5

Point 6

R4

R4R4

Coupe utilisée pour le

modèle 2D

Hypothèses du modèle :

Géométrie 2D

Comportement matrice : élastique, imperméable

Comportement élastique non linéaire des fractures : kn=kn

0 (σ’n)p

Loi d’écoulement : loi cubique

Relation de couplage HM : a = a0 + ∆un ; ∆σn’ = ∆σn + ∆P

R1

R4

a

C, φKs

Kn

a

C, φKs

Kn

•• 06/07/2007 11 / 25


∆Un = f (∆P)

⇒ ∆σ’n = ∆σn - ∆P [1-Sc][Duveau et al., 1997]

Calage du modèle parfaitement réalisé pour la fracture R4

Impossible de reproduire les variations observées au niveau d’un joint de stratification(sauf à supposerkn > 200 GPa/m)

Voir travaux de laboratoire sur l’impact de la morphologie et de la surface de contact sur la loi de couplage réalisés dans le cadre d’une collaboration INERIS - L3S - LEAGO[présentations prévues aux colloques ISRM Lisbonne et IFM Grenoble en 2007] Pression hydraulique (kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

)

Pression hydraulique (kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

)

kn = 20 GPa/m

Joint de stratification(point 6 ≈ E8 M10)


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

)


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

)


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

)


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

)

kn = 20 GPa/m

Joint de stratification(point 6 ≈ E8 M10)

kn = 7 GPa/ma = 0,5 mm Point 6

R4

Point 5Point 6

R4

Point 5

Interprétation à l’aide d’un modèle 2D (suite)

⇒ la loi de couplage

convient pour la faille …

∆σ’n = ∆σn – ∆P

… mais pas pour le joint de stratificationPression hydraulique (kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

) MesureCalcul

Faille (point 5≈ E1 M3)


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

) MesureCalcul


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

) MesureCalcul



Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

) MesureCalcul


Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-7m

) MesureCalcul



Dép

lace

men

t nor

mal

(10

-6m

) MesureCalcul

•• 06/07/2007 12 / 25

Sollicitations locales

Sollicitation localePression ou débit imposé en un point d’une fracture

Pompe à membrane

Réserve d’eau

Zone instrumentée

Frac

ture

in

stru

men

tée

HM1HM2sondages

Frac

ture

inst

rum

enté

eHM2

HM1sondages

HM2

HM1

=> différentes sollicitations ont été imposées en HM1 ou en HM2 de nature et de durée différentes (injection ou pompage ; longue ou courte durée)

Sollicitations et mesures réalisées à l’aide de 2 sondes amovibles

•• 06/07/2007 13 / 25

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Pre

ssio

n de

flui

de (k

Pa)

Temps (s)

Pression de fluide (kPa) Pression de fluide (kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Pre

ssio

n de

flui

de (k

Pa)

Temps (s)

HM1 HM2

P0 = 39 kPa P0 = 25 kPa

Sollicitation locale de courte durée (pulse–test)Fr

actu

re

inst

rum

enté

e

HM1

HM2sondages

Frac

ture

in

stru

men

tée

HM2HM1

sondages

HM1

HM2

Point d’injection

1m

Un = f(P)

Un =f(temps)P = f(temps)

Un = f(P)

Injection rapide d’un faible volume d’eau (environ un litre) au niveau de l’intersection de la fracture R4 avec un forage

tpic+∆ttpic

Sollicitation locale de courte durée

•• 06/07/2007 14 / 25

Utilisation du code RESOBLOK

Modèle à grande échelle du site de Coaraze (cube d’environ 40 m de côté)

Validation du modèle géométrique

Nord

Axe duvallon(non

excavé ici)

R4

joints de stratification

fractures de la

famille (D)R8

R4

R2

R1 D2

D1

D3D4D6

D9 D7

D8

D10

D11

D12

S9

D13

D14

D15

D16

D17

D17

D12

R4

S10S11

S8S7

S6

S4

S2

S3

S5

S1

S0

R5

R3

R30

R35R34

J2J1

R9R10R11

R15

R26 R20

D5

R8

R4

R2

R1 D2

D1

D3D4D6

D9 D7

D8

D10

D11

D12

S9

D13

D14

D15

D16

D17

D17

D12

R4

S10S11

S8S7

S6

S4

S2

S3

S5

S1

S0

R5

R3

R30

R35R34

J2J1

R9R10R11

R15

R26 R20

D5

Coupe du modèle RESOBLOKparallèle à l’orientation moyenne du versant Nord-Est du vallon

Géométrie du modèle 3DEC obtenue à partir du modèle géométrique RESOBLOK

Réalisation d’un modèle géométrique 3D du site

•• 06/07/2007 15 / 25

Sollicitation locale

Utilisation, en plus des données précédentes, des relevés de fracturation dans les sondages HM1 et HM2

Modèle plus petit et plus précis autour du point d’injection

HM1

HM2

•• 06/07/2007 16 / 25


0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8Temps (s)

Surp

ress

ion

impo

sée

en H

M1

(kPa

)

Hypothèses du modèle de référence :

• géométrie : réseau de fractures planes

• comportement matrice : élastique, imperméable

• comportement fracture : élastique : kn = 15 GPa/m (= valeur labo pour 0,1 MPa)

• loi d’écoulement : loi cubique• a = a0 + ∆un : a0 = 10-4 m ; 10-5 m (à ajuster)• ∆σ’n = ∆σn - ∆P

Etat initial et conditions aux limites : estimé par un calcul préalable à grande échelle : σ’n (HM1) = 120 – 45 = 75 kPa

Sollicitations imposées : Chroniques de la surpression imposée au point HM1 => simulations en régime transitoire

∆P imposé en HM1

HM1

HM2

Point d’injection

1m

fracture joint de strat.

Interprétation des mesures par modélisation (3DEC)

•• 06/07/2007 17 / 25

Simulation du pulse de courte durée avec 3DEC – Valeurs au pic de pression

Iso-déplacement normal

Fracture R4

Pointd’injection

Iso- contrainte de cisaillement

Iso- déplacementtangentiel

Vecteurs débit

Iso- pression hydraulique

Iso-contrainte normaleeffective

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8Temps (s)

Surp

ress

ion

impo

sée

en H

M1

(kPa

)

En HM1: P=127 kPa

En HM1: ∆Un=1,8 µm

Max : ∆Us=0,4 µm

Max : ∆σ’s=6 kPaEn HM1 :

∆σ’n=70 kPa

En HM1: Q=2.10-5 m3/s

pic


•• 06/07/2007 18 / 25

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP

a) Calcul - HM1Calcul - HM2Mesure - HM1Mesure - HM2

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP


20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP


20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP


20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP


20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Temps (s)

Pre

ssio

n hy

drau

lique

(kP


0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

20 40 60 80 100 120 140

Pression hydr aulique ( kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)

Calcul - HM1Calcul - HM2

Mesure - HM1Mesure - HM2

0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

20 40 60 80 100 120 140

Pression hydr aulique ( kPa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)

Calcul - HM1Calcul - HM2

Mesure - HM1Mesure - HM2

0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)

Calcul - HM1Calcul - HM2Mesure - HM1Mesure - HM2

0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)


0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)


0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)


0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)


0,0E+ 00

4,0E- 07

8,0E- 07

1,2E- 06

1,6E- 06

2,0E- 06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)


HM1 (imposé)

HM2HM1

HM2

HM1

HM2

HM1

HM2

Point d’injection

1m

R4

Valeurs calculées Valeurs mesurées

1 s

0,5 s

0,7 µm

0,4 µm

0,7 s

1,5 s

Résultats satisfaisants en HM1 pour le modèle de référence

Décalages temporels et d’amplitude en HM2

Un = f(P)

Un =f(temps)

P = f(temps)

Reproduction du dysynchronismede Un et P après le pic de pression

Largeur boucle = f(E, fractures environnantes)



•• 06/07/2007 19 / 25

Détermination de l’ouverture hydraulique « a » et de la raideur « kn »par calage de la courbe Un = f(P)

Variation de l’ouverture hydraulique initiale

Variation de la raideur normale

0,0E+00

4,0E-07

8,0E-07

1,2E-06

1,6E-06

2,0E-06

2,4E-06

0 20 40 60 80 100 120 140


Dép

lace

men

t nor

mal

(m)

P1=f(un1) kn=15 GPa/m ref P2=f(un2) kn=15 GPa/m refP1=f(un1) kn=20 GPa P2=f(un2) kn=20 GPaP1=f(un1) kn=10 GPa/m P2=f(un2) kn=10 GPaP1=f(un1) mesurée P2=f(un2) mesurée

k

HM1

HM2

Calage en HM1kn (HM1) = 15 GPa/m

kn = 10 GPa/m

kn = 20 GPa/m

0,0E+00

4,0E-07

8,0E-07

1,2E-06

1,6E-06

2,0E-06

2,4E-06

0 20 40 60 80 100 120 140


Dép

lace

men

t nor

mal

(m)

P1=f(un1) a=1e-4m ref P2=f(un2) a=1e-4m refP1=f(un1) a=1e-3m P2=f(un2) a=1e-3mP1=f(un1) a=5e-5m P2=f(un2) a=5e-5mP1=f(un1) mesurée P2=f(un2) mesurée

Calage en HM1a0 (HM1) = 0,1 mm HM1

HM2a0 = 0,05 mm

a0 = 1 mm

Calage en HM2 : a0 = 0,05 mm ; kn = 50 GPa/m => hétérogénéité des caractéristiques de la fracture

a

kn

Valeurs calculées

mesurées

Valeurs calculées

mesurées

Impact de l’ouverture hydraulique sur la rigidité du système

( coefficient d’emmagasinement)

a0 = 0,1 mm

kn = 15 GPa/m

kn = 20 GPa/mkn = 15 GPa/mkn = 10 GPa/m

a0 = 1 mma0 = 0,1 mma0 = 0,05 mm

Impact de la raideur normale sur la rigidité du système



•• 06/07/2007 20 / 25


Interprétation des mesures par modélisation (3DEC)Détermination de l’ouverture « a » par calage des courbes P et Un = f(temps)

20

25

30

35

40

45

50

55

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Pres

sion

hyd

raul

ique

(kPa

)

Calcul - HM2 - a=5e-5 m Calcul - HM2 - a=1e-4 m - refCalcul - HM2 - a=2e-4 m Mesure - HM2

0,0E+00

4,0E-07

8,0E-07

1,2E-06

1,6E-06

2,0E-06

2,4E-06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)

Calcul - HM1 - a=5e-5 m Calcul - HM2 - a=5e-5 mCalcul - HM1 - a=1e-4 m - ref Calcul - HM2 - a=1e-4 m - refCalcul - HM1 - a=2e-4 m Calcul - HM2 - a=2e-4 mMesure - HM1 Mesure - HM2

- a - - b -

20

25

30

35

40

45

50

55

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Pres

sion

hyd

raul

ique

(kPa

)

Calcul - HM2 - a=5e-5 m Calcul - HM2 - a=1e-4 m - refCalcul - HM2 - a=2e-4 m Mesure - HM2

0,0E+00

4,0E-07

8,0E-07

1,2E-06

1,6E-06

2,0E-06

2,4E-06

0 2 4 6 8 10Temps (s)

Dép

lace

men

t nor

mal

(m

)

Calcul - HM1 - a=5e-5 m Calcul - HM2 - a=5e-5 mCalcul - HM1 - a=1e-4 m - ref Calcul - HM2 - a=1e-4 m - refCalcul - HM1 - a=2e-4 m Calcul - HM2 - a=2e-4 mMesure - HM1 Mesure - HM2

- a - - b -

HM1

HM2HM2

a = 0,2 mm

a = 0,05 mm

a = 0,1 mma = 0,2 mm

a = 0,1 mm

a = 0,05 mm

P = f(temps) Un = f(temps)

Variation de l’ouverture hydraulique initiale

Valeurs calculées

mesurées

Valeurs calculées

mesurées

Impact de l’ouverture hydraulique sur les écoulements ( perméabilité)

Valeur de l’ouverture hydraulique obtenue par calage : a = 0,08 mm

•• 06/07/2007 21 / 25

HM1

HM2

Point d’application

du palier dans la fracture R4

1,1 m

Sollicitation locale de longue durée (paliers d’injection et de pompage)

Temps (s)

Pres

sion

du

fluid

e (k

Pa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Pi = 45 kPa

0,7 l/s

1,2 l/s

Temps (s)

Pres

sion

du

fluid

e (k

Pa)

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Pi = 45 kPa

0,7 l/s

1,2 l/s

Varia

tion

de la

pr

essi

on d

u flu

ide

(kPa

)

- a -

- b -

Dép

lace

men

t nor

mal

(?m

)

Temps (104 s)

Temps (104 s)

Var

iatio

n de

la

pres

sion

du

fluid

e (k

Pa)

Pi = 45 kPa

- a -

- b -

- 0,77 l/s

- 0,55 l/s

- 0,44 l/s- 0,51 l/s

- 0,05 l/s

Dép

lace

men

t nor

mal

(?m

)

Var

iatio

n de

la

pres

sion

du

fluid

e (k

Pa)

Pi = 45 kPa

- a -- a -

Dép

lace

men

t nor

mal

(µm

)

Temps (104 s)Temps (104s)Pi = 45 kPa - 0,77 l/s

- 0,55 l/s

- 0,44 l/s- 0,51 l/s

- 0,05 l/s

- 0,77 l/s

- 0,55 l/s

- 0,44 l/s- 0,51 l/s

- 0,05 l/s

Var

iatio

n de

la p

ress

ion

du fl

uide

(kPa

)

HM1

Temps (104 s)

- b -- b -

Temps (104 s)Temps (104s)

HM2

Essais d’injection à pression constante (palier de 30 mn)

Injection (pression constante) ou pompage (débit constant) au niveau de l’intersection de la fracture R4 avec un forage

Essais de pompage à débit constant (palier de 30 mn)

Sollicitations locales par paliers

•• 06/07/2007 22 / 25

Interprétation des mesures par modèle analytique

4,0E-04

6,0E-04

8,0E-04

1,0E-03

1,2E-03

1,4E-03

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5

débit en HM1 (litre/s)

ouve

rture

hyd

raul

ique

(m

Débit en HM1 (litre/s)

Hypothèse modèle analytique : Effet mécanique négligeable

Ecoulement laminaire, radial entre deux plans parallèles distants de «a» (ouverture hydraulique)

Q / ∆h = C a3

avec C = 2π (ρg/12µ) / ln(re/rw), rw : rayon du forage (0,035 m) re : distance entre HM1 et HM2 (1,1 m)∆h : variation de charge entre HM1 et HM2

HM1

HM2

Point d’application

du palier dans la fracture R4

1,1 m

rw

re

HM1

HM2

rw

re

HM1

HM2

0,5 mm < a < 1,3 mm

débit HM1 (l/s) ∆P_HM1 (kPa) Un_HM1 (µm) ∆P_HM2 (kPa) Un_HM2 (µm)0 0 0 0 0

-0,05 -1 0 0 0-0,44 -17 -0,46 -4,4 -0,1-0,51 -23,5 -0,58 -6 -0,12-0,55 -25 -0,62 -6,1 -0,13-0,77 -43 -0,9 -11 -0,21-0,55 -25 -0,64 -6,1 -0,12-0,52 -25 -0,63 -6 -0,12-0,46 -21,5 -0,57 -5 -0,11-0,09 -2 -0,04 -0,5 -0,01

0 0 0 00,69 36 1 28 pas de 1,19 78 2,35 74 mesures

Injection

Pompage

Estimation des ouvertures hydrauliques

Synthèse des mesures : Q, ∆P, ∆un

Valeurs imposées


pompage injection

Turbulence ?

•• 06/07/2007 23 / 25


Interprétation des mesures par modélisation (3DEC)Hypothèses du modèle de référence :• géométrie : réseau de fractures planes

• comportement matrice : élastique, imperméable

• comportement fracture : élastique : kn = 15 GPa/m (= valeur labo pour 0,1 MPa)

• loi d’écoulement : loi cubique• a = a0 + ∆un : a0 = 10-3 m ; 10-4 m (à ajuster)• ∆σ’n = ∆σn - ∆P

Etat hydraulique initial : milieu saturé ; P= 45 kPa en HM1 et 33 kPa en HM2

Etat mécanique initial : estimé par un calcul préalable à grande échelle : σ’n (HM1) = 120 – 45 = 75 kPa

Conditions aux limites : « flux nul » en hydraulique et «contraintes imposées » en mécanique

Sollicitations imposées : Succession de valeurs de pression (essais d’injection) ou de débit (essais de pompage) imposées au point d’intersection du sondage HM1 avec la fracture R4 => succession de calculs en régime permanent

fracture joint de strat.

•• 06/07/2007 24 / 25



Valeurs calculées en HM1 et HM2 pour le modèle de référence

Ajustement des paramètres(a, kn) par calage sur les

valeurs mesurées

débit HM1 (l/s) ∆P_HM1 (kPa) Un_HM1 (µm) ∆P_HM2 (kPa) Un_HM2 (µm)

0,05 -0,4 -0,01 -0,1 0,000,44 -3,45 -0,08 -0,84 -0,040,51 -3,99 -0,09 -0,98 -0,050,55 -4,31 -0,10 -1,05 -0,050,77 -6,02 -0,14 -1,47 -0,070,55 -4,31 -0,10 -1,06 -0,050,52 -4,07 -0,09 -1 -0,050,46 -3,61 -0,08 -0,88 -0,040,09 -0,72 -0,02 -0,18 -0,01

-4,656 36,25 0,8317 8,88 0,4346-10,06 78,25 1,793 19,21 0,9362

Pompage

Injection

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0-0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0

Débit (litre/s)

Varia

tion

de p

ress

ion

(kPa

)

valeurs mesurées en HM1valeurs calculées en HM1 pour a = 5.5e-4 mvaleurs calculées en HM1 pour a = 5.8e-4 mvaleurs calculées en HM1 pour a = 6e-4 mvaleurs mesurées en HM2valeurs calculées en HM2 pour a = 5.5e-4 mvaleurs calculées en HM2 pour a = 5.8e-4 mvaleurs calculées en HM2 pour a = 6e-4 m

Valeur de l’ouverture hydraulique : a = 0,6 mm (0,5 mm < a < 1,3 mm)

Valeur de la raideur normale :kn = 5 GPa/ m

HM2

HM1

•• 06/07/2007 25 / 25

SynthèseExpérimentation n°1 : sollicitation globale par fermeture de la vanne- mesures : extensomètre à corde vibrante, manomètre- interprétation (modèle 2D non-saturé) : validité de la relation de Terzaghi « ∆σ’n = ∆σn – ∆P » pour les fractures (a = 0,5 mm ; kn = 7 GPa/m) ; nécessité de la reformuler pour expliquer les mesures faites sur les joints de stratification Expérimentation n°2 : sollicitation locale de courte durée (pulse-test)- mesures : sonde amovible avec capteurs à fibre optique- interprétation (modèle 3D saturé, régime transitoire) :

Calage sur Un=f(P) : a = 0,1 mm, kn = 15 GPa/m en HM1 (≠ en HM2, hétérogénéité) Calage sur P=f(t) et Un=f(t) : loi cubique => a = 0,08 mm

Expérimentation n°3 : sollicitation locale de longue durée par palier- mesures : sonde amovible avec capteurs à fibre optique- interprétation (modèle analytique) : 0,5 mm < a < 1,3 mm- interprétation (modèle 3D saturé, régime permanent) : a = 0,6 mm ; kn= 3 GPa/mA partir d’essais de laboratoire (pour σn=0,5 MPa) : a = 0,06 mm ; kn= 15 GPa/m

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Caractérisation hydromécanique des fractures in-situ Apport ......•06/07/2007 • 2/ 25 Développement d’une nouvelle méthode de caractérisation des fractures in situ comprenant