MODELISATION THERMO-HYDRO-MECANIQUE DES MASSIFS FRACTURES A MOYENNE OU GRANDE ECHELLE SIMULATION MICRO-MACRO DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES FRACTURES PDF Download
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LE STOCKAGE DE DECHETS NUCLEAIRES EN MILIEU NATUREL FRACTURE POSE DEUX PROBLEMES MAJEURS: COMMENT LE MASSIF REAGIT-IL A LA FORTE SOLLICITATION THERMIQUE ET COMMENT EVITER LA CONTAMINATION DES EAUX SOUTERRAINES AINSI QUE LE TRANSPORT DE PARTICULES RADIOACTIVES VERS LA BIOSPHERE ? LES PHENOMENES MIS EN JEU SONT TRES COMPLEXES A CAUSE DES COUPLAGES ENTRE LES ASPECTS THERMIQUES, MECANIQUES ET HYDRAULIQUES. EN DEHORS DE L'EXPERIMENTATION IN-SITU, LES PRINCIPAUX MOYENS D'ETUDE DE CES PROBLEMES SONT LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE. EN GENERAL, LES ETUDES CONCERNANT LES MASSIFS ROCHEUX SE FONT SELON UNE APPROCHE DE TYPE MILIEU CONTINU EQUIVALENT. OR, L'ANALYSE DES ECOULEMENTS ET DE LA CONNECTIVITE DES FRACTURES IMPOSE LE CHOIX D'UNE APPROCHE DISCRETE. LE PREMIER BUT DE NOTRE TRAVAIL EST DE DEMONTRER LA FAISABILITE DE CETTE APPROCHE DISCRETE. NOUS MONTRONS SES APPORTS PAR COMPARAISON AU MILIEU CONTINU EQUIVALENT (IRREVERSIBILITE DES DEFORMATIONS, CONNECTIVITE) ET PROUVONS SUR UN MODELE EN VRAIE GRANDEUR QUE LES ASPECTS NUMERIQUES, SANS ETRE NEGLIGEABLES, NE LIMITENT PAS CONSIDERABLEMENT SA MISE EN UVRE. PAR AILLEURS, NOUS MONTRONS QUE LE COUPLAGE NUMERIQUE DONNE D'EXCELLENTS RESULTATS, TOUT EN PERMETTANT DE RESOUDRE DES SOUS-PROBLEMES BEAUCOUP MOINS COMPLEXES QUE LE PROBLEME INITIAL. DANS UNE APPROCHE DISCRETE, IL FAUT UN BON MODELE DE FRACTURES, TOUT PARTICULIEREMENT POUR L'ETUDE DES PHENOMENES HYDRAULIQUES EN GENERAL, ET A MOYENNE ECHELLE EN PARTICULIER. EN EFFET, LES DEBITS ETANT LE PLUS SOUVENT CALCULES EN FONCTION DU CUBE DE L'OUVERTURE DES FRACTURES, IL EST PARTICULIEREMENT IMPORTANT DE CALCULER CETTE DERNIERE QUANTITE AVEC PRECISION. POUR CE FAIRE, ET C'EST LE SECOND OBJECTIF DE NOTRE RECHERCHE, NOUS AVONS CHOISI UNE APPROCHE MICRO-MACRO POUR DECRIRE LE COMPORTEMENT D'UNE FRACTURE. CELA PERMET D'ETUDIER LA DESTRUCTION DE LA RUGOSITE DES EPONTES, QUI EST LA PRINCIPALE RESPONSABLE DES VARIATIONS D'OUVERTURE. POUR CELA, NOUS ETUDIONS D'ABORD LE COMPORTEMENT D'UNE ASPERITE ISOLEE, PUIS NOUS OBSERVONS LES INTERACTIONS ENTRE ASPERITES DANS UNE FRACTURE A MORPHOLOGIE DE PLUS EN PLUS COMPLEXE. LES EFFETS D'ECHELLE ET LES ASPECTS TRIDIMENSIONNELS POURRONT ETRE PRIS EN COMPTE PAR UNE DESCRIPTION ADEQUATE DE LA RUGOSITE
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LE STOCKAGE DE DECHETS NUCLEAIRES EN MILIEU NATUREL FRACTURE POSE DEUX PROBLEMES MAJEURS: COMMENT LE MASSIF REAGIT-IL A LA FORTE SOLLICITATION THERMIQUE ET COMMENT EVITER LA CONTAMINATION DES EAUX SOUTERRAINES AINSI QUE LE TRANSPORT DE PARTICULES RADIOACTIVES VERS LA BIOSPHERE ? LES PHENOMENES MIS EN JEU SONT TRES COMPLEXES A CAUSE DES COUPLAGES ENTRE LES ASPECTS THERMIQUES, MECANIQUES ET HYDRAULIQUES. EN DEHORS DE L'EXPERIMENTATION IN-SITU, LES PRINCIPAUX MOYENS D'ETUDE DE CES PROBLEMES SONT LA MODELISATION ET LA SIMULATION NUMERIQUE. EN GENERAL, LES ETUDES CONCERNANT LES MASSIFS ROCHEUX SE FONT SELON UNE APPROCHE DE TYPE MILIEU CONTINU EQUIVALENT. OR, L'ANALYSE DES ECOULEMENTS ET DE LA CONNECTIVITE DES FRACTURES IMPOSE LE CHOIX D'UNE APPROCHE DISCRETE. LE PREMIER BUT DE NOTRE TRAVAIL EST DE DEMONTRER LA FAISABILITE DE CETTE APPROCHE DISCRETE. NOUS MONTRONS SES APPORTS PAR COMPARAISON AU MILIEU CONTINU EQUIVALENT (IRREVERSIBILITE DES DEFORMATIONS, CONNECTIVITE) ET PROUVONS SUR UN MODELE EN VRAIE GRANDEUR QUE LES ASPECTS NUMERIQUES, SANS ETRE NEGLIGEABLES, NE LIMITENT PAS CONSIDERABLEMENT SA MISE EN UVRE. PAR AILLEURS, NOUS MONTRONS QUE LE COUPLAGE NUMERIQUE DONNE D'EXCELLENTS RESULTATS, TOUT EN PERMETTANT DE RESOUDRE DES SOUS-PROBLEMES BEAUCOUP MOINS COMPLEXES QUE LE PROBLEME INITIAL. DANS UNE APPROCHE DISCRETE, IL FAUT UN BON MODELE DE FRACTURES, TOUT PARTICULIEREMENT POUR L'ETUDE DES PHENOMENES HYDRAULIQUES EN GENERAL, ET A MOYENNE ECHELLE EN PARTICULIER. EN EFFET, LES DEBITS ETANT LE PLUS SOUVENT CALCULES EN FONCTION DU CUBE DE L'OUVERTURE DES FRACTURES, IL EST PARTICULIEREMENT IMPORTANT DE CALCULER CETTE DERNIERE QUANTITE AVEC PRECISION. POUR CE FAIRE, ET C'EST LE SECOND OBJECTIF DE NOTRE RECHERCHE, NOUS AVONS CHOISI UNE APPROCHE MICRO-MACRO POUR DECRIRE LE COMPORTEMENT D'UNE FRACTURE. CELA PERMET D'ETUDIER LA DESTRUCTION DE LA RUGOSITE DES EPONTES, QUI EST LA PRINCIPALE RESPONSABLE DES VARIATIONS D'OUVERTURE. POUR CELA, NOUS ETUDIONS D'ABORD LE COMPORTEMENT D'UNE ASPERITE ISOLEE, PUIS NOUS OBSERVONS LES INTERACTIONS ENTRE ASPERITES DANS UNE FRACTURE A MORPHOLOGIE DE PLUS EN PLUS COMPLEXE. LES EFFETS D'ECHELLE ET LES ASPECTS TRIDIMENSIONNELS POURRONT ETRE PRIS EN COMPTE PAR UNE DESCRIPTION ADEQUATE DE LA RUGOSITE
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L'OBJET DE CETTE RECHERCHE EST DE MODELISER LE COMPORTEMENT THERMO-HYDRO-MECANIQUE DES MASSIFS ROCHEUX FRACTURES EN VUE DU STOCKAGE DE DECHETS RADIOACTIFS. A CETTE FIN, NOUS AVONS ETE AMENE A PROPOSER UNE METHODOLOGIE DE MODELISATION DES MASSIFS ROCHEUX FRACTURES QUI A ETE APPLIQUEE A UN SITE SOUTERRAIN REEL (SITE EDF DE NOUVELLE ROMANCHE). CETTE METHODOLOGIE CONSISTE, DANS UN PREMIER TEMPS, A RECHERCHER LES VER HYDRAULIQUE ET MECANIQUE. AU DESSUS DU PLUS GRAND DE CES VER, LES DEVELOPPEMENTS EFFECTUES DANS UN PROGRAMME D'ELEMENTS FINIS PERMET DE MODELISER TOUTES LES FRACTURES DE MANIERE EXPLICITE. ON DETERMINE LES PROPRIETES MECANIQUES HOMOGENEISEES EN CONDITION DRAINEE ET NON DRAINEE EN SIMULANT DES ESSAIS TRIAXIAUX REPRESENTATIF DU MASSIF SOUMIS A UN CHARGEMENT. CES SIMULATIONS PERMETTENT D'ANALYSER L'EVOLUTION DES PROPRIETES HYDRAULIQUES HOMOGENEISEES AVEC L'ETAT DE CONTRAINTES. LA REALISATION DES EXPERIENCES DE TYPE DRAINE ET NON DRAINE PERMET DE DISCUTER DE LA PERTINENCE DE L'ASSIMILATION D'UN MILIEU FRACTURE A UN MILIEU POREUX. CES SIMULATIONS ONT MIS EN EVIDENCE, EN PARTICULIER, LE ROLE DU COMPORTEMENT EN CISAILLEMENT DES FRACTURES SUR LES PROPRIETES HOMOGENEISEES MECANIQUES ET HYDRAULIQUES. DU POINT DE VUE DE LA THERMIQUE, TANT QUE LE MODE PRINCIPAL DE PROPAGATION DE LA CHALEUR EST LA CONDUCTION, LES PROPRIETES THERMIQUES HOMOGENEISEES SONT PEU DIFFERENTES DES PROPRIETES THERMIQUES DE LA MATRICE ROCHEUSE.
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L'effet de serre lié à l'émission de CO2 a conduit à des projets de stockage de ce gaz dans des formations réservoirs. Ces formations peuvent être traversées de failles et l'examen de la sûreté du stockage nécessite alors l'étude du risque de réactivation et de propagation de ces failles. Cette étude passe par des investigations approfondies portant sur des conditions de propagation des fractures sous sollicitations hydromécaniques. Cette thèse a pour objectif l'étude théorique et numérique de ces conditions ainsi que la simulation numérique de la propagation. La modélisation numérique des processus thermo-hydro-mécaniques dans les milieux poreux fracturés par la méthode des éléments finis (MEF) permet de simuler des phénomènes complexes et non linéaires. Les difficultés liées à l'intégration des équations d'échanges de fluide entre la fracture et la matrice environnante avec la MEF ont été résolues dans des travaux récents et nos simulations numériques ont pu être basées sur cette méthode. Dans un premier temps, nous avons modélisé l'écoulement transitoire dans et au voisinage d'une fracture soumise à une injection de fluide et nous avons étudié le facteur d'intensité des contraintes (FIC) à l'extrémité de la fracture dans le cadre de la théorie de la poroélasticité linéaire. Si les conditions d'injection sont maintenues constantes et la fracture n'évolue pas, l'écoulement tend vers un état stationnaire. Le FIC évolue au cours de la phase transitoire pour atteindre une valeur limite dans l'état stationnaire. La modélisation de l'écoulement transitoire est très coûteuse en temps de calcul et il est intéressant de trouver un moyen d'exploiter au mieux les résultats d'un calcul en état stationnaire. L'analyse théorique et les résultats des simulations numériques montrent en effet que le FIC calculé à l'état stationnaire peut fournir certaines bornes pour la propagation des fractures sous l'écoulement transitoire. Dans le cadre de la poroélasticité linéaire et de l'écoulement de Poiseuille dans les fractures, des expressions semi-analytiques pour le FIC à l'état d'écoulement stationnaire ont pu être dérivées. Pour des géométries simples, ces formules approximatives se révèlent efficaces pour discuter des conditions de propagation des fractures pour des cas typiques et simples de géométrie de la fracture et des conditions d'injection de fluide. Dans un deuxième temps, un Modèle de Fracture Cohésive (MFC) a été utilisé pour modéliser la propagation de fracture sur la base de l'endommagent. Ce modèle, basé sur un critère de rupture de Mohr-Coulomb modifié, permet de simuler l'endommagement de l'interface à la fois sous sollicitations en mode I et II. Une relation d'équivalence entre les paramètres de ce modèle et du modèle de Mécanique Linéaire de la Rupture (MLR) a été établie sur la base de la longueur de propagation de fracture sous des charges similaires. Cette relation permet l'extension de l'équivalence théorique entre MLR et MFC établie pour les matériaux fragiles et sur la base de critères énergétiques, à des matériaux quasi-fragiles et ductiles. On a d'ailleurs montré que le MFC permet de simuler certains phénomènes spécifiques tels qu'instabilités de propagation en mode I et II et le branchement de la fracture en mode II. Enfin, la prise en compte de la pression de fluide dans la fracture a permis d'obtenir un modèle de MFC couplé avec l'hydraulique qui a été implémenté dans un code numérique aux éléments finis en vue d'étudier la propagation des fractures sous sollicitations hydromécaniques. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'étudier le risque de réactivation et de propagation des failles dans le contexte de stockage du CO2 en particulier dans une configuration de formation réservoir du type Bassin de Paris.
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LA PREMIERE PARTIE DU MEMOIRE DECRIT L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE APPROFONDIE MENEE SUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE DES MILIEUX FRACTURES. CETTE ETUDE ABORDE LES MODELES DE REPRESENTATION GEOMETRIQUE DE CES MILIEUX, PUIS PRESENTE DIVERS MODELES DE COMPORTEMENT MECANIQUE A L'ECHELLE D'UN RESEAU DE FRACTURES ET A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. LE CHAPITRE CONSACRE AU COMPORTEMENT HYDRAULIQUE TENTE DE RESTITUER UNE EVOLUTION CHRONOLOGIQUE DES TENDANCES REPRESENTATIVES DES MODELES A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. CETTE PARTIE S'ACHEVE PAR LA PRESENTATION DES PRINCIPAUX CONCEPTS A LA BASE DES MODELES LES PLUS COURANTS DE COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE, AUSSI BIEN A L'ECHELLE D'UN RESEAU, QUE D'UNE FRACTURE UNIQUE. A LA SUITE DE CETTE ETUDE, UN MODULE DE CALCUL D'ECOULEMENT EST REALISE A L'ECHELLE D'UNE FRACTURE UNIQUE. DEUX PRINCIPES ONT GUIDE LA REALISATION DE CE MODULE: D'UNE PART, PRENDRE EN COMPTE LES INFORMATIONS EXPERIMENTALES DISPONIBLES SUR LE VIDE FISSURAL ; ET, D'AUTRE PART, EVITER DE TRAITER LE PROBLEME EN TROIS DIMENSIONS POUR PERMETTRE UNE ADAPTATION REALISTE A L'ECHELLE D'UN RESEAU DE FRACTURES. DANS CE MODELE, LA FRACTURE EST REPRESENTEE PAR UNE SURFACE A L'INTERIEUR DE LAQUELLE SE SITUENT EVENTUELLEMENT DES ZONES DE CONTACT. L'OUVERTURE ENTRE LES DEUX EPONTES, VARIABLE EN TOUT POINT DE LA FRACTURE, EST PRISE EN COMPTE DANS LES EQUATIONS MATHEMATIQUES SOUS LA FORME D'UNE FONCTION REGULIERE. LE SCHEMA NUMERIQUE ASSOCIE EST ISSU DU MODELE DE SAINT-VENANT. L'APPROXIMATION NUMERIQUE DE CE PROBLEME EST ASSUREE PAR UNE METHODE D'ELEMENTS FINIS MIXTES. LA RESOLUTION DU SYSTEME LINEAIRE MIS EN PLACE, EFFECTUEE PAR LA METHODE DU LAGRANGIEN AUGMENTE, CONDUIT AU CALCUL DU CHAMP DES VITESSES ET DES PRESSIONS DU FLUIDE A L'INTERIEUR DE LA FRACTURE ; DE PLUS, IL EST POSSIBLE D'ESTIMER LE DEBIT TRAVERSANT UNE SECTION DONNEE
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DE NOMBREUSES APPLICATIONS EN GENIE CIVIL SONT MISES EN UVRE DANS DES MASSIFS ROCHEUX, NOTRE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DE LEUR COMPORTEMENT HYDROMECANIQUE. CES MASSIFS PEUVENT PRESENTER DES DEFAUTS DE DIFFERENTES TAILLES. ILS PEUVENT CONTENIR D'UNE PART DES FRACTURES NATURELLES DE PLUSIEURS METRES OU PLUS ET D'AUTRE PART, DES MICROFISSURES INDUITES PAR LA PERTURBATION DU CHAMP DE CONTRAINTES DUE A LA CONSTRUCTION DE L'OUVRAGE. AINSI, LA DESCRIPTION DE LEUR COMPORTEMENT PASSE PAR UNE DESCRIPTION PRECISE DU COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ROCHEUSE ET DE CELUI DE LA MATRICE ROCHEUSE MICROFISSUREE. LA THEORIE GENERALE DE POROELASTICITE DE BIOT EST ALORS GENERALISEE ET DEUX MODELES, L'UN CARACTERISANT LE COMPORTEMENT DE LA FRACTURE ET L'AUTRE DECRIVANT LE COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE, SONT ICI PRESENTES. EN EFFET, SI LA DESCRIPTION MECANIQUE D'UNE FRACTURE ROCHEUSE SEMBLE MAITRISEE, LA MODELISATION HYDROMECANIQUE RESTE A COMPLETER. UN MODELE POROMECANIQUE EST ALORS PROPOSE EN CONSIDERANT LA FRACTURE COMME UN ENSEMBLE DE VIDES ENTRE DEUX SURFACES RUGUEUSES, LA PERFORMANCE DU MODELE EST DISCUTEE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES. LE MODELE EST IMPLANTE DANS UN CODE DE CALCULS PAR ELEMENTS FINIS : UN ELEMENT JOINT SPECIFIQUE EST UTILISE POUR DECRIRE LES ECHANGES ENTRE LA MATRICE ROCHEUSE ET LA FRACTURE, QUELQUES EXEMPLES NUMERIQUES SONT PRESENTES. POUR LA MATRICE ROCHEUSE, LA PLUPART DES MODELES CONCERNENT LES MATERIAUX FRAGILES SECS, PEU DE TRAVAUX SONT CONSACRES A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DE LA MATRICE ROCHEUSE SATUREE MICROFISSUREE. UN MODELE POROELASTIQUE D'ENDOMMAGEMENT EST ALORS PROPOSE. L'ACCENT EST MIS SUR LA DESCRIPTION DES CONSEQUENCES PRINCIPALES DE L'ENDOMMAGEMENT SUR LES PROPRIETES POROELASTIQUES DU MATERIAU POREUX FRAGILE. CE MODELE EST TESTE A TRAVERS LA COMPARAISON ENTRE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES SIMULATIONS NUMERIQUES.
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Dans de nombreux réservoirs géothermiques profonds, l'échangeur thermique est un massif de roches chaudes fracturées. Comment la morphologie des fractures influence-t-elle le flux hydraulique et le champ de température lorsque de l'eau froide est injectée dans ce milieu ? Cette question est abordée à l'échelle de la fracture, de manière numérique, à l'aide de deux méthodes : par différences finies, en 2D, et par méthode de Boltzmann sur réseau, en 3D. Les calculs en différences finies montrent qu'une ouverture auto-affine induit une variabilité spatiale du flux hydraulique et du champ de température (chenalisation). Souvent, ceci réduit l'efficacité du transfert thermique entre la roche et le fluide. Le comportement hydro-thermique est essentiellement contrôlé par les plus grandes longueurs d'ondes des ouvertures. Deux application à grande échelle sont proposées: à Soultz-sous-Forêts (France) et à Draix (France). À Draix, la géométrie de fractures du sous-sol est caractérisée précisément à partir de carottes géologiques, en utilisant un laser. Ces données sont utilisées pour quantifier la perméabilité. À l'aide de méthode de Boltzmann sur réseau, la modélisation du comportement hydro-thermique dans des fractures présentant une topographie avec de fortes pentes est abordée. Au voisinage d'une aspérité de forme simple, le comportement hydro-thermique modélisé est très différent (recirculation) de celui dans le reste de la fracture. L'ensemble de ces modélisations suggère qu'il est nécessaire de prendre en compte la morphologie des fractures pour estimer le comportement hydro-thermique en géothermie.
Author: Kyoung Min Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
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Better understanding and control of crack growth direction during hydraulic fracturing are essential for enhancing productivity of geothermal and petroleum reservoirs. Structural analysis of fracture propagation and impact on fluid flow is a challenging issue because of the complexity of rock properties and physical aspects of rock failure and fracture growth. Realistic interpretation of the complex interactions between rock deformation, fluid flow, heat transfer, and fracture propagation induced by fluid injection is important for fracture network design. In this work, numerical models are developed to simulate rock failure and hydraulic fracture propagation. The influences of rock deformation, fluid flow, and heat transfer on fracturing processes are studied using a coupled thermo-hydro-mechanical (THM) analysis. The models are used to simulate microscopic and macroscopic fracture behaviors of laboratory-scale uniaxial and triaxial experiments on rock using an elastic/brittle damage model considering a stochastic heterogeneity distribution. The constitutive modeling by the energy release rate-based damage evolution allows characterizing brittle rock failure and strength degradation. This approach is then used to simulate the sequential process of heterogeneous rock failures from the initiation of microcracks to the growth of macrocracks. The hydraulic fracturing path, especially for fractures emanating from inclined wellbores and closed natural fractures, often involves mixed mode fracture propagation. Especially, when the fracture is inclined in a 3D stress field, the propagation cannot be modeled using 2D fracture models. Hence, 2D/3D mixed-modes fracture growth from an initially embedded circular crack is studied using the damage mechanics approach implemented in a finite element method. As a practical problem, hydraulic fracturing stimulation often involves fluid pressure change caused by injected fracturing fluid, fluid leakoff, and fracture propagation with brittle rock behavior and stress heterogeneities. In this dissertation, hydraulic fracture propagation is simulated using a coupled fluid flow/diffusion and rock deformation analysis. Later THM analysis is also carried out. The hydraulic forces in extended fractures are solved using a lubrication equation. Using a new moving-boundary element partition methodology (EPM), fracture propagation through heterogeneous media is predicted simply and efficiently. The method allows coupling fluid flow and rock deformation, and fracture propagation using the lubrication equation to solve for the fluid pressure through newly propagating crack paths. Using the proposed model, the 2D/3D hydraulic fracturing simulations are performed to investigate the role of material and rock heterogeneity. Furthermore, in geothermal and petroleum reservoir design, engineers can take advantage of thermal fracturing that occurs when heat transfers between injected flow and the rock matrix to create reservoir permeability. These thermal stresses are calculated using coupled THM analysis and their influence on crack propagation during reservoir stimulation are investigated using damage mechanics and thermal loading algorithms for newly fractured surfaces. The electronic version of this dissertation is accessible from http://hdl.handle.net/1969.1/150961
Author: Israel Cañamon Valera Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 218
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This doctoral research is devoted to near-field hydrogeological aspects involving mass and heat transport phenomena in an eventual disposal of radioactive waste in deep geological repositories (tests of the FEBEX project). In the first part, statistical analysis techniques of spatial, temporal, and/or frequency/scale characterization are applied to over 500 time series of the "Mock-Up Test". The second part of the thesis develops a 3D model of coupled Thermo-Hydro-Mechanical (THM) phenomena in a fractured porous rock. A reconstruction of the 3D fracture network is obtained by Monte-Carlo simulation, taking into account geomorphological data collected from the "In-situ test". Then, we estimate the equivalent permeability and the HM coefficients of the fractured network by a superposition method where the permeability of the rock matrix is not negligible. Finally, we develop a coupled THM model for 3D continuum equivalent media and we perform transient simulations of the "In-situ test".
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DU PROJET DECOVALEX (ACRONYME POUR INTERNATIONAL CO-OPERATIVE PROJECT FOR THE DEVELOPMENT OF COUPLED MODELS AND THEIR VALIDATION AGAINST EXPERIMENTS IN NUCLEAR WASTE ISOLATION) DE MODELISATIONS THERMO-HYDRO-MECANIQUES DE MASSIFS ROCHEUX FRACTURES DANS LESQUELS ON SIMULE DES STOCKAGES DE DECHETS RADIOACTIFS DE HAUTE ACTIVITE. RESOLUES ANALYTIQUEMENT DANS LE CAS D'UN MILIEU CONTINU (DEFINITION D'UN MILIEU EQUIVALENT) OU NUMERIQUEMENT SI LE MILIEU EST DISCONTINU (MODELISATION DU COMPORTEMENT DES JOINTS), LES LOIS MATHEMATIQUES QUI REGISSENT LE COMPORTEMENT DU MILIEU INFLUENCENT LES RESULTATS DES MODELISATIONS. LES PROCESSUS COUPLES THM S'AVERENT TRES INFLUENTS SUR LE COMPORTEMENT D'UN MODELE. DES MODELISATIONS AVEC LE CODE UDEC MONTRENT L'IMPORTANCE DES COUPLAGES HM SELON QUE LES CALCULS SONT MENES EN REGIME PERMANENT OU TRANSITOIRE ET L'INFLUENCE DU CHEMIN DE CHARGEMENT DANS LE CAS DE MODELISATIONS TM. LA GEOMETRIE DE LA FRACTURATION INFLUENCE EGALEMENT LE COMPORTEMENT DU MODELE. ETUDIER LA CONNEXITE D'UN RESEAU DE FRACTURATION PERMET DE DETERMINER SON DEGRE D'HOMOGENEITE. LA COMPARAISON DE DEUX METHODES, MILIEU CONTINU ET MILIEU DISCONTINU, A ETE MENEE EN DETERMINANT LE TENSEUR DE PERMEABILITE ET LES RELATIONS CONTRAINTES-DEFORMATIONS SUR DES EPROUVETTES FRACTUREES. ELLE A AINSI MIS EN EVIDENCE LES DIFFERENCES DE COMPORTEMENT D'UN MILIEU HOMOGENEISE ET D'UN MILIEU DISCRET. ENFIN, DEUX EXERCICES DE MODELISATION THM DE SITES DE STOCKAGE DE DECHETS RADIOACTIFS ILLUSTRENT LES RECHERCHES REALISEES. UN MODELE EN CHAMP LOINTAIN A PERMIS DE COMPARER LES RESULTATS OBTENUS PAR DES CODES DE CALCULS DE LOGIQUES DIFFERENTES. LE SECOND MODELE, EN CHAMP PROCHE, EST DAVANTAGE AXE SUR L'IMPORTANCE JOUEE PAR LA FRACTURATION SUR LE COMPORTEMENT DU MASSIF. LA HAUTE DENSITE DU RESEAU DE REFERENCE A NECESSITE DES DEVELOPPEMENTS MATHEMATIQUES POUR DETERMINER LE VOLUME EQUIVALENT REPRESENTATIF (APPROCHES CONTINUES) ET DES ANALYSES POUR SIMPLIFIER CORRECTEMENT LE MILIEU (APPROCHES DISCONTINUES), QUI SONT ICI PRESENTES
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LE SITE HDR DE SOULTZ-SOUS-FORETS SE PRESENTE SOUS LA FORME D'UN DOUBLET GEOTHERMIQUE (UN PUITS D'INJECTION ET UN PUITS DE PRODUCTION), HYDRAULIQUEMENT CONNECTE PAR UN RESEAU DE FRACTURES SITUE A PLUS DE 3500 M DE PROFONDEUR. LA TEMPERATURE EN FOND DE PUITS A ETE MESUREE A 162 \C ENVIRON A 3800 M DE PROFONDEUR. LES OBJECTIFS D'UN TEL PROJET SONT DE RECUPERER LA CHALEUR CONTENUE DANS LE MASSIF ROCHEUX FRACTURE EN ETABLISSANT UNE CIRCULATION FORCEE DE FLUIDE ENTRE LES PUITS. AU PASSAGE DANS LE RESEAU DE FRACTURES, LE FLUIDE EST RECHAUFFE, ET CETTE ENERGIE CALORIFIQUE EST RECUPEREE EN SURFACE POUR ETRE TRANSFORMEE, A L'AIDE D'UNE TURBINE, EN ELECTRICITE. AFIN D'AUGMENTER LA PERMEABILITE DU RESERVOIR ET D'AMELIORER LA CONNEXION ENTRE LES PUITS, DES ESSAIS DE FRACTURATION HYDRAULIQUE ONT ETE MENES SUR CHACUN DES FORAGES. CES INJECTIONS DE FLUIDE A FORTE PRESSION (PLUSIEURS DIZAINES DE MPA), INDUISENT UNE ACTIVITE SISMIQUE DE FAIBLE MAGNITUDE (INFERIEURE A 4), APPELEE MICROSISMICITE. DANS CETTE ETUDE, L'UTILISATION DES MICRO-EVENEMENTS PERMET DE DEVELOPPER DEUX THEMATIQUES DISTINCTES : - LE DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE PERMETTANT D'INVERSER LES DONNEES MICROSISMIQUES EN TERME DE PERMEABILITE EQUIVALENTE DE LA ZONE STIMULEE. DURANT L'INJECTION DE FLUIDE, LA SURPRESSION ENGENDREE DANS LE MILIEU SE PROPAGE DANS L'ESPACE A UNE CERTAINE VITESSE. LA CELERITE DE CETTE ONDE EST QUANTIFIEE EN INTERPRETANT LA REPARTITION DANS LE TEMPS ET DANS L'ESPACE DES MICRO-EVENEMENTS. EN APPLIQUANT LES LOIS DE LA POROELASTICITE, UNE PERMEABILITE DU MILIEU POREUX EQUIVALENT AU VOLUME DE ROCHE FRACTURE EST ESTIMEE. DE CETTE ESTIMATION SELON LA DIRECTION DE L'ESPACE, UN TENSEUR DE PERMEABILITE EST DEFINI. CETTE METHODE A ETE APPLIQUEE SUR DEUX AUTRES SITES GEOTHERMIQUES, FENTON HILL AUX USA ET OGACHI AU JAPON. - LA CONSTRUCTION D'UN MODELE 3D CAPABLE DE SIMULER LES ECOULEMENTS DE FLUIDE DANS LE MASSIF AINSI QUE DE QUANTIFIER LES ECHANGES DE CHALEUR ASSOCIES. CE MODELE INTEGRE UN MAXIMUM D'INFORMATIONS DE DIFFERENTES NATURES, OBSERVEES ET MESUREES DANS LES PUITS : DEBIT ET PRESSION, PENDAGE ET AZIMUT DES FRACTURES, TEMPERATURES UNE FOIS LE MODELE HYDRAULIQUE OBTENU, LE CHAMP DE VITESSES DE DARCY ASSOCIE EST UTILISE POUR LA SIMULATION NUMERIQUE DU REFROIDISSEMENT DU VOLUME DE ROCHE INITIALEMENT CHAUD (ECHANGEUR GEOTHERMIQUE), PARAMETRE CONDITIONNANT LA DUREE DE VIE DE L'ECHANGEUR GEOTHERMIQUE. UNE ESTIMATION DES COURBES DE REFROIDISSEMENT DU FUTUR ECHANGEUR PREVU A 5000 M EST EGALEMENT PROPOSE. CES PARAMETRES TECHNIQUES SONT IMPORTANTS POUR LA DETERMINATION DE LA RENTABILITE ECONOMIQUE D'UN TEL PROJET.
Author: ANNE.. BOUGNOUX
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