Modélisation cinématique et mécanique des réseaux de fractures à l'échelle du massif rocheux


 AHLeGall    30/01/2020 : 22:55

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30/01 : SOUTENANCE DE THESE D'Etienne LAVOINE (Géosciences Rennes)

Le jeudi 30 janvier 2020 14:00, en Salle de conf OSUR (RDC Bât. 14B, Campus de Beaulieu, Rennes), Etienne Lavoine soutient sa thèse intitulée "Modélisation cinématique et mécanique des réseaux de fractures à l'échelle du massif rocheux"



Devant le jury composé de :

Véronique MERRIEN-SOUKATCHOFF, Professeur (CNAM de Paris) / Rapporteur
Philippe RENARD, Directeur de recherche (Université de Neuchâtel) / Rapporteur
Nicolas MOES, Professeur (Ecole Centrale de Nantes) / Examinateur
Jean-Raynald DE DREUZY, Directeur de recherche (Université de Rennes 1) / Examinateur
Philippe DAVY, Directeur de recherche (Université de Rennes 1) / Directeur de thèse
Raymond MUNIER, Consultant (Terra Mobile Consultants) / Directeur de thèse
Caroline DARCEL, Chef de projet (ITASCA Consultants SAS) / Invitée



Résumé :

Les fractures sont des structures géologiques omniprésentes contrôlant les propriétés hydrauliques et mécaniques des roches. La modélisation numérique des réseaux de fractures constitue donc une étape indispensable pour la simulation du comportement physique des massifs fracturés, dans de nombreuses applications industrielles telles que le stockage de déchets nucléaires. Dans la plupart des cas, l’observation directe du volume fracturé n’est pas possible et les fractures ne peuvent être modélisées de manière déterministe. Les modèles stochastiques permettent de générer des réseaux en trois dimensions, statistiquement équivalents aux mesures et observations, mais négligeant les corrélations spatiales issues du processus chronologique de fracturation. D’autre part, les modèles purement mécaniques demandent des ressources numériques trop importantes, pour modéliser des réseaux de telles densités. L’objectif de cette thèse repose sur le développement de modèles génétiques, permettant de modéliser des réseaux de fractures multi-échelles, denses, à partir de lois simplifiées issues de la mécanique de la fracturation. Le processus de fracturation peut ainsi être décomposé en trois étapes : nucléation, propagation, et arrêt des fractures. Dans ces travaux, nous montrons que l’organisation spatiale et les lois d’échelle des réseaux ainsi générés résultent de ces processus. Nous quantifions ces corrélations à l’aide d’outils mathématiques issus de la théorie fractale, et déterminons leur impact sur les propriétés de connectivité des réseaux générés. Enfin, une étude plus fine des propriétés mécaniques des fractures telle que la friction, ainsi que des conditions limites en contraintes à l’origine de leur développement, montre l’importance de leur intégration dans le processus de modélisation génétique.

 

Abstract:

Fractures are ubiquitous geological structures controlling both the hydraulic and mechanical rock properties. Numerical modelling of fracture networks is therefore an important step for the simulation of physical processes in fractured rock mass, for many industrial applications such as nuclear waste disposal. Most of the time, a direct observation of the fractured volume is not feasible, and fractures cannot be modelled deterministically. Hence, the modelling must be stochastic, which makes it possible to generate three-dimensional networks,  statistically equivalent to measurements and observations, but neglecting the spatial correlations resulting from the chronological fracturing process. On the other hand, purely mechanical models require too much numerical resources to model such dense networks. This thesis aims to develop genetic models, making it possible to model multiscale, dense fracture networks using simplified mechanical rules. The fracturing process can be divided in three simplified stages: nucleation, propagation, and fracture arrest. In this work, we show that the spatial organization and scaling properties of such generated fracture networks result from these processes. We quantify these correlations using mathematical tools from the fractal theory and quantify their impact on the connectivity properties of generated networks. Finally, a refined study of fractures mechanical properties such as friction, and remote stress boundary conditions responsible for fracture development, showed how much they need to be considered into the genetic modelling framework.



Contact OSUR
Etienne Lavoine (Géosciences Rennes) / @