Colmatage des réseaux de fractures, modèles et conséquences hydrologiques


 AHLeGall    27/09/2021 : 21:55

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27/09 : soutenance de thèse de Diane Doolaeghe (Université de Rennes 1, ITASCA, Géosciences Rennes)

Diane Doolaeghe (Université de Rennes 1, ITASCA, Géosciences Rennes) soutient sa thèse, intitulée "Colmatage des réseaux de fractures, modèles et conséquences hydrologiques", le lundi 27 septembre 2021 à 14:00,

Devant le jury :

Rapporteurs 

  • Béatrice LEDESERT, Professeur à l’Université de Cergy-Pontoise
  • Joaquin JIMENEZ MARTINEZ, Maitre de Conférences à l’EAWAG-ETH Zurich

Examinateurs

  • Tanguy LEBORGNE, Professeur CNAP à l’Université de Rennes 1
  • Renaud Toussaint, Directeur de recherche (CNRS) à l’Université de Strasbourg
  • Jan-Olof Selroos, Chef de projets à SKB (Suède)

Directeur de thèse

  • Philippe Davy, Directeur de recherche (CNRS) à l’Université de Rennes 1

Co-directrice

  • Caroline Darcel, Chef de projets chez Itasca Consultants S.A.S.

 

 

Mots clés : Réseaux de fractures, DFN, hydrogéologie, sealing, fracture reactivation

Résumé :

L’état naturel des fractures dans les milieux rocheux cristallins a un impact hydrologique important car elles y constituent les seuls conduits qui existent. Les données indiquent souvent qu’une large proportion de fractures est cependant colmatée (~75-80%), et est donc imperméable aux écoulements. La distribution du colmatage dans un réseau de fractures est une interrogation critique puisqu’elle peut drastiquement changer la connectivité de ces ensembles et l’organisation des écoulements.

La première partie de ces travaux porte sur l’étude de la distribution du colmatage à partir de modèles numériques. Une problématique est de disposer de modèles simplifiés qui puissent être appliqués à l’étude de larges réseaux de fractures. Nous montrons qu’une structure de graphe peut être utilisée pour simplifier les modèles de réseaux de fractures (DFN) et calculer directement les flux. Ensuite, nous étudions son utilisation pour modéliser un processus de transport réactif engendrant de la précipitation au niveau des parois des fractures.

Dans une seconde partie, nous évaluons la distribution du colmatage à partir des données de terrain du site de Forsmark (Suède). Les analyses statistiques montrent d’abord une forte corrélation entre le caractère ouvert ou colmaté des fractures et la contrainte normale appliquée au plan de fracture. Ce contrôle d’ordre mécanique est approfondi par une analyse des pressions de fluides, qui semblent avoir amené les fractures à la réactivation. Enfin, en utilisant la modélisation « Discrete Fracture Networks », nous analysons les conséquences hydrologiques de la corrélation avec la contrainte normale identifiée précédemment. Nous montrons que cette corrélation ne permet pas à elle seule d’expliquer l’organisation des flux mesurée dans les puits de Forsmark et qu’une corrélation avec la taille de fracture doit nécessairement être prise en compte.



Key-words:
fracture networks, DFN, hydrogeology, fracture sealing, fracture reactivation

Abstract:

Fracture networks have a major impact on crystalline rocks' hydraulic properties because they constitute the only flowing paths. Field data often point out that a large proportion of the network is however sealed (~75-80%) by physico-chemical processes and thus is impermeable. The way sealed surfaces are distributed in fracture networks is critical because it can drastically change the connectivity and the flow organization.

In the first part, we study how the sealing distribution can be constrained by numerical models. The aim is to have models that are simple enough to be applied to large fracture networks. We show that a graph structure (made of nodes and edges) can be used to simplify fracture network models (DFN) and to compute the flow directly. Then, we use it to model a sealing process coupled to the flow.

In the second part, we evaluate the sealing distribution from Forsmark core-log data. The statistical analyses show a strong correlation between the proportion of open fractures and the normal stress, indicating a mechanical control. This mechanical control is further deepened by an analysis of fluid pressures, which seem to have caused fracture reactivation. Finally, we evaluate the hydrological consequences of the measured correlation with the normal stress, by using DFN models. We show that this correlation can not itself explain the flow organization measured in Forsmark boreholes and that a correlation with fracture sizes must be considered.



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Diane Doolaeghe (Université de Rennes 1, ITASCA, Géosciences Rennes) / @