Fracturation naturelle d'un massif rocheux. Diaclases et couloirs de fracturation

C. Putot (1) , J. Chastanet (1) , M. C. Cacas (1) , J. P. Daniel (1)

1 IFPEN - IFP Energies nouvelles

La caractérisation de la fracturation des réservoirs passe par l'estimation d'écartements typiques entre fractures constituées en mode d'ouverture. L'échelle dépend de la configuration de chargement et des propriétés mécaniques supposées de la roche : résistance à la rupture, énergie de décohésion, etc. La présente étude porte sur une morphologie de fractures particulière : les couloirs de fracturation. Ce sont des zones de forte densité de fractures apparaissant régulièrement dans les bancs épais et compacts. L'étude sur les couloirs de fracturation se situe dans le prolongement d'une analyse récente concernant les diaclases dont on a recherché l'espacement moyen. On a défini dans les deux cas, pour la roche, les paramètres mécaniques pertinents permettant de fixer l'échelle des distances entre fractures. Dans le cas des diaclases, la fracturation se présente de manière assez homogène, l'échelle étant dictée en grande partie par l'épaisseur des bancs, quoique influencée de manière secondaire par la nature de la roche et le chargement au loin. Dans le cas de la fracturation interne à un couloir, les rôles respectifs d'une surface libre préexistante et de concentrateurs de contraintes sont invoqués, le rôle des bancs devenant accessoire : en effet, cette typologie peut même exister dans les roches ignées. Une diaclase majeure, présentant une certaine persistance vis-à-vis des bancs, peut jouer le rôle de surface libre. Dans ces conditions, la morphologie des fractures montre dès lors une allure plus hétérogène. Cette condition aux limites particulière induit, transversalement à la surface libre, un gradient d'étatsse traduisant par une certaine distribution de longueurs de fractures et d'écartements. L'échelle caractéristique des fractures et le rapport de forme/longueur sur écartement ont été calculés en fonction du confinement par un modèle explicatif simple. On tend, à la surface libre, vers des fractures continues et d'écartement donné. De manière duale, en marge du couloir, on note une limite du facteur de forme, limite déterminée par les caractéristiques de la roche. Afin de déterminer les caractéristiques de ces structures (élancements, espacements, etc. ), nous avons fait appel à des modèles de fractures dont la géométrie restitue localement celle des couloirs. De plus, un facteur d'échelle a été détecté. Les modèles se rangent en deux catégories : ceux qui, outre le paramètre de ténacité de la roche, mettent en lumière le rôle du module élastique de la roche, et ceux faisant intervenir une limite à la rupture. Les premiers donnent des élancements élevés (fractures rapprochées) tandis que les seconds nous semblent beaucoup plus pertinents dans la description des rapports de forme (plus massifs). Ces modèles ont permis de conjecturer l'image des couloirs et de discuter le réalisme, du point de vue géologique, du mécanisme de formation établi ici.

Domaines: Physique [physics]

C. Putot, J. Chastanet, M. C. Cacas, J. P. Daniel. Fracturation naturelle d'un massif rocheux. Diaclases et couloirs de fracturation. Oil & Gas Science and Technology - Revue d'IFP Energies nouvelles, 2001, 56 (5), pp.431-449. ⟨10.2516/ogst:2001036⟩. ⟨hal-02053957⟩