Caractérisation hydromécanique des fractures in situ par une nouvelle sonde d’auscultation et des simulations numériques 3D

In situ hydromechanical characterization of fractures using a new sounding probe and 3D numerical simulations

¹ INERIS, École supérieure des mines de Nancy Parc de Saurupt 54042 Nancy Cedex alain.thoraval@ineris.fr, France.
² Laboratoire de Géologie des réservoirs carbonatés Université de Provence 3, place Victor-Hugo Case 67 13331 Marseille Cedex 3 yves.guglielmi.@univ-provence.fr, France.
³ Géoscience-Azur Bât. 4 250, rue Albert-Einstein Les Lucioles 1 Sophia-Antipolis 06560 Valbonne Yves. Guglielmi@geoazur.unice.fr cappa@geoazur.unice.fr, France.

Résumé

Un dispositif amovible d’auscultation in situ du comportement hydromécanique des fractures permettant la réalisation de mesures simultanées de pression et de déplacement a été mis au point. Les mesures sont réalisées à l’aide de capteurs à fibre optique qui se révèlent être d’un ordre de grandeur plus précis que les mesures par capteurs à cordes vibrantes. La fréquence des mesures est également bien supérieure (120 Hz), ce qui permet d’enregistrer avec beaucoup plus de finesse les variations temporelles des paramètres mesurés. Ce dispositif a été testé sur le site expérimental de Coaraze, petit massif calcaire fracturé situé dans le Sud-Est de la France. Les expérimentations ont consisté à injecter ou pomper un certain volume d’eau (en contrôlant la pression ou le débit) au niveau de l’intersection d’un forage et de la faille que l’on souhaite caractériser. Le dispositif instrumental s’est révélé pertinent pour caractériser in situ le comportement hydromécanique des fractures. Les simulations hydromécaniques ont permis de reproduire correctement les expérimentations et de déterminer par calage les caractéristiques hydromécaniques des fractures (raideur normale, ouverture hydraulique).

Abstract

A removable device allowing the in situ fracture monitoring through the realization of simultaneous measurements of pressure and mechanical displacement was developed. Measurements are carried out using fiber optic sensors that prove to be of one order of magnitude more accurate than conventional measurements with vibrating wire sensors. The higher frequency of measurements (120 Hz) makes it possible to record with much more accuracy the temporal variations of the measured parameters. This device was used at the Coaraze Laboratory site, a small calcareous fractured rock mass located in southerneast France. The experiments consisted in injection and pumping of water volumes (while controlling the hydraulic pressure or the flowrate) at the intersection between a horizontal borehole and the studied fault. The instrumental device proved to be relevant to in situ characterize the fracture hydromechanical behavior. Numerical simulations made possible to correctly reproduce the in situ experiments and to determine the hydraulic and mechanical characteristics of the fractures (normal stiffness, hydraulic aperture).