Comportement hydromécanique des fractures naturelles en milieu granitique

Hydromechanical behaviour of natural fractures in a granite formation

Groupement d’intérêt public pour l’étude des Structures souterraines de stockage (GIP-G.3S) École polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex, France.

Résumé

Cette communication présente les résultats des essais hydromécaniques réalisés sur des fractures naturelles d’un granité. Un dispositif spécifique est présenté, permettant d’effectuer dans une cellule triaxiale des essais de cisaillement et de compression sur une fracture colmatée ou non. Sur plusieurs fractures naturelles, les essais mécaniques avec différents chargements sont effectués. Ils sont accompagnés des tests hydrauliques au gaz ou à l’eau. Ainsi, on obtient les propriétés mécaniques et hydrauliques des fractures de même que les paramètres de couplages. Le comportement mécanique des fractures colmatées du granité est plutôt linéaire tant que les fractures sont fermées. La perméabilité hydraulique initiale des fractures colmatées est du même ordre de grandeur que celle du granité sans fracture (10^–20 m²). Les propriétés hydrauliques changent significativement lorsque la résistance au cisaillement est atteinte. L’ouverture hydraulique à l’eau est de l’ordre de 10 µm une fois la fracture rompue par le cisaillement. On constate que la perméabilité à l’eau des fractures est cinq fois moins élevée que celle au gaz.

Abstract

This paper is devoted to the exprimental study of hydromechanical coupled behaviour of natural fractures. A new experimental set up is presented allowing to perform shear and compression test on closed or open discontinuities. The are submitted to different mechanical loadings accompanied hydraulic tests using gaz or water at different stress levels. Both mechanical and hydraulic properties of discontinuities as well as coupled parameters are obtained. It is found that closed fractures of granite have a linear mechanical behavior before their failure. The initial hydraulic permeability of these fractures is of the same order as that of granite without fracture (10^–20m²). Significant change in permeability beyond shear strenght is observed. Hydraulic aperture to water calculated using a cubic law is about 10 µm after failure of natural fractures. Furthemore permeability to water is five times less then that to gaz.