Letteratura scientifica selezionata sul tema "Interaction fluides-Roche"

Abstract The low permeabilities of unconventional reservoirs such as the Montney Formation require hydraulic fracturing to enhance fluid flow and achieve economic production of hydrocarbons. Efficient hydraulic fracturing operations rely on properly characterizing the controlling factors responsible for fracture complexity, fracture conductivity, and fracture dimensions. Since direct observation of fractures in the subsurface are very challenging, technologies have been developed to help characterize fractures in laboratories. However, the scale of these tools is insufficient to capture the fine detail needed to observe how these hydraulic fractures are interacting with the rock fabric, stress state, or fluid viscosity. Presented here is a laboratory experiment designed to evaluate the effects of rock fabric, stress anisotropies, and fluid viscosities using large boulders of Sulfur Mountain Formation (Montney Formation equivalent). These experiments were designed to simulate subsurface conditions and provide an opportunity to directly examine a scaled fracture face. Four large boulders were collected from outcrop and trimmed to fit inside a large stress frame. A borehole was drilled to facilitate the injection of fluids and generate scaled hydraulic fractures. Experiments tested the effects of different stress states, fluid viscosities, and rock fabric on the growth and geometry of hydraulic fractures. Of these factors, the fabric of the rock was the dominant factor controlling hydraulic fracture growth. In all stress regimes, hydraulic fractures were arrested, deflected, or bridged by pre-existing cemented and open natural fractures. Fluid viscosity had a minor effect on fracture complexity, but no discernable difference could be observed between any of the tested stress regimes. Subsurface core data provided additional data to support the laboratory experiments. Hardness measurements showed that finely laminated facies have variable hardness at the lamination scale. Darker laminations with more clay are softer than the more silt-rich light-coloured laminations. The result of this can be observed in both core and outcrop as natural fractures in these facies often display highly irregular geometries. In addition, fracture filling cement was significantly softer than the surrounding rock. The collective result of both core and laboratory data provides valuable insight into the role of rock fabric in the development of hydraulic fractures in the Montney Formation and that is not obtainable from traditional data collection methods. Résumé La faible perméabilité des réservoirs non conventionnels, tels que la Formation de Montney, nécessite la fracturation hydraulique pour améliorer l’écoulement des fluides et réaliser une production d’hydrocarbures rentables. Pour réaliser des opérations de fracturation efficientes, on doit caractériser proprement les facteurs qui régissent la complexité, la conductivité et la dimension des fractures. Puisque l’observation directe des fractures dans la subsurface reste un défi, des technologies ont été mises au point pour mieux caractériser les fractures en laboratoire. Toutefois, l’étendue de ces outils se révèle insuffisante pour saisir les fins détails nécessaires à l’observation de ces fractures hydrauliques qui interagissent avec la fabrique des roches, l’état de contrainte ou la viscosité des fluides. Le présent document expose une expérience en laboratoire conçue pour évaluer les effets de la fabrique des roches, des anisotropies de contrainte et des viscosités de fluides au moyen de gros blocs rocheux extraits de la Formation de mont Sulphur (équivalente à la Formation de Montney). Ces expériences permettent de simuler les conditions en subsurface et d’examiner directement un plan à l’échelle des fractures. Quatre gros blocs rocheux ont été extraits d’un affleurement puis taillés afin de les disposer dans un grand cadre de contrainte. Puis, un trou de sondage a été foré pour faciliter l’injection de fluides et générer des fractures hydrauliques à l’échelle. L’expérience visait à constater les effets de différents états de contrainte, de différentes viscosités des fluides et fabrique des roches sur la croissance et la géométrie des fractures hydrauliques. Entre tous ces facteurs, la fabrique de la roche était le facteur prédominant régissant la croissance des fractures hydrauliques. Dans tous les régimes de contrainte, les fractures hydrauliques ont été arrêtées, déviées ou pontées par des fractures cimentées préexistantes naturelles et ouvertes. La viscosité des fluides avaient eu un effet mineur sur la complexité des fractures, mais aucune différence discernable n’a pu être observée entre tous les régimes de contrainte testés. Les carottes de sondage de la subsurface ont apporté des données additionnelles pour appuyer les expériences en laboratoire. Le duromètre montrait que les faciès finement laminés présentaient une dureté variable à l’échelle de lamination. Les laminations plus foncées avec plus d’argile se révélaient plus molles que celles plus claires, riches en silt. Nous pouvons observer les résultats de ce qui précède dans les carottes de sondage et les affleurements puisque les fractures naturelles de ces faciès affichent souvent des géométrie fortement irrégulières. De plus, le ciment de remplissage des fractures était notablement plus mou que la roche adjacente. Les résultats collectifs des carottes de sondage et du laboratoire nous fournissent un aperçu précieux dans le rôle de la fabrique des roches dans l’évolution des fractures hydrauliques de la Formation de Montney, que l’on ne pourrait obtenir autrement par des méthodes de collecte de données traditionnelles. Michel Ory

L’éclogitisation est un processus emblématique des zones de subduction continentales. Elle fait intervenir aussi bien la transformation de l’assemblage minéralogique, une modification de rhéologie et de perméabilité, une interaction entre fluides et roche, et une déformation tantôt visqueuse, tantôt cassante, susceptible de causer des séismes. L’étude des couplages entre réactions métamorphiques, déformation et fluides est donc cruciale pour comprendre la nature et la rhéologie de la croûte continentale inférieure lorsque celle-ci atteint des conditions de haute pression. Cette thèse a pour objet l’étude de ces couplages, à travers un cas de terrain précis : l’éclogitisation de la granulite de l’île d’Holsnøy, une partie aujourd’hui exhumée de l’ancienne croûte inférieure de la chaîne de montagnes calédonienne, dans les Arcs de Bergen à l’ouest de la Norvège. L’observation des structures sur le terrain révèle que la déformation et la circulation de fluides sont les moteurs de l’éclogitisation de la croûte inférieure. Cependant, l’évolution temporelle et les conditions de pression des zones éclogitiques sont toujours énigmatiques. Au cours de cette thèse, je me suis donc appliqué à comprendre comment les rétroactions entre transformation métamorphique, transport de fluides et déformation peuvent expliquer l’évolution spatio-temporelle des zones éclogitiques d’Holsnøy. Cette thèse est structurée en trois chapitres principaux, qui correspondent à deux articles scientifiques déjà publiés, et un troisième en préparation. Dans un premier temps, j’ai réalisé une étude pétrologique détaillée d’une bande de cisaillement éclogitique de Holsnøy, afin de déterminer les changements minéralogiques et texturaux qui transforment la granulite en éclogite au cours des réactions métamorphiques successives. Ces observations révèlent que les premières réactions affaiblissent la granulite, et les dernières réactions restaurent en partie la résistance de la roche. J’ai élaboré un modèle numérique qui illustre que ce mécanisme d’affaiblissement transitoire, associé à la circulation de fluides, contribue à l’élargissement des bandes de cisaillement au cours du temps.Dans un deuxième temps, j’ai élaboré un modèle numérique pour étudier comment l’apport épisodique de fluides pressurisés peut propager l’éclogitisation dans la granulite, même si elle est imperméable. Je montre qu’il existe une rétroaction positive entre circulation de fluides et éclogitisation : un apport de fluides provoque l’éclogitisation, et cette réaction densifie la roche, ce qui génère de la porosité, favorisant ainsi la circulation de fluides. Un front hydro-réactif peut donc se propager rapidement dans la granulite imperméable et causer son éclogitisation. Le couplage fluides-réaction est donc un processus plausible d’évolution des zones éclogitiques de Holsnøy. Afin de réunir les résultats des deux premiers articles, j’ai pour finir complété le modèle précédent afin de prendre en compte la déformation ainsi que les effets rhéologiques de l’éclogitisation. Cette étude montre que la déformation dans un milieu rhéologiquement hétérogène peut générer des variations locales de pression de plusieurs kbar. Celles-ci peuvent expliquer la juxtaposition de roches de faciès métamorphiques différents au même niveau crustal. La circulations de fluides peut toutefois affecter ces variations de pression
Eclogitisation is an emblematic process of continental subduction zones. It involves transformation of the mineralogical assemblage, changes in rheology and permeability, fluid-rock interactions, and deformation that is either viscous or brittle, with the potential to cause earthquakes. The study of the coupling between metamorphic reactions, deformation and fluids is therefore crucial to understand the nature and rheology of the lower continental crust when it reaches high-pressure conditions. The aim of this thesis is to study this coupling, focusing on a specific field case: the eclogitisation of granulite on Holsnøy Island, a now-exhumed part of the ancient lower crust of the Caledonian mountain range, in the Bergen Arcs in western Norway. Observation of field relations shows that deformation and fluid circulation are the forces that drive eclogitisation of the lower crust. However, the temporal evolution and pressure conditions of eclogitic zones are still enigmatic. During this thesis, I therefore set out to understand how feedbacks between metamorphic transformation, fluid transport and deformation can explain the spatio-temporal evolution of the Holsnøy eclogite zones. This thesis is structured into three main chapters that correspond to two previously published scientific articles, and a third in preparation. As a first step, I carried out a detailed petrological study of an eclogite shear zone at Holsnøy, in order to determine the mineralogical and textural changes during the successive metamorphic reactions that transform granulite into eclogite. These observations reveal that the first reactions weaken the granulite, and the last ones partially restore the strength of the rock. I developed a numerical model that illustrates that this transient weakening mechanism, associated with fluid circulation, contributes to the widening of the shear zones over time. Secondly, I developed a numerical model to study how episodic high pressure pulses can propagate eclogitisation into the granulite, even if it is impermeable. I show that there is a positive feedback between fluid circulation and eclogitisation: a fluid influx causes eclogitisation, which increases the rock density, generating porosity and thus promoting fluid flow. A hydroreactive front can propagate rapidly into the impermeable granulite and cause its eclogitisation. Therefore, fluid-reaction coupling is a plausible process for the evolution of Holsnøy eclogite zones. In order to bring together the results of the first two articles, I finally extended the previous model to include deformation and the rheological effects of eclogitisation. This study shows that deformation in a rheologically heterogeneous medium can generate local pressure variations of several kbar, which can explain the juxtaposition of rocks with different metamorphic facies at the same crustal level. Fluid circulation, however, may affect these pressure variations

Dans le massif de Rocroi (Ardenne, France), des filons de dolérite et leur encaissant gréso-pélitique ont subi un métamorphisme varisque en faciès schistes verts (450-300°C, 250-100 MPa). Les filons les plus épais comme celui de la "Grande Commune" montrent une différenciation chimique, minéralogique et texturale progressive et continue entre coeur et bordure. Le premier assemblage métamorphique, à actinote, oligoclase, épidote, chlorite et ilménite est préservé uniquement au coeur. Il a été remplacé dans les bordures par un assemblage synchrone de la schistosité, à quartz, calcite, chlorite, albite et rutile. Les inclusions fluides de veines synschisteuses à quartz-calcite-chlorite ont enregistré le piégeage successif de trois familles de fluides appartenant aux systèmes de composition H2O~sels~N2-CH4-C02, N2-CH4( -C02) et H2O-NaCI. Le premier fluide est responsable des transformations chimiques et minéralogiques de la diabase. Les quantités de CO2 et de H2O consommées par les réactions et quantifiées par des bilans de matières impliquent l'infiltration de l'éponte par un volume de fluide qui vaut au moins 1,8 fois celui de la roche. Malgré ce flux important, les différences de XC02 entre les inclusions primaires des veines et celles des quartz de l'encaissant du filon montrent que la composition du fluide dans le filon est resté largement contrôlée par le pouvoir tampon des réactions. Les constituants volatils des inclusions (N2, CH4 et CO2) proviennent de la déstabilisation de micas riches en ammonium et de graphite présents dans les schistes encaissant. La déformation est le principal moteur de la mobilisation des fluides au cours de l'évolution rétrograde.

Les interactions fluide-roches sont des processus omniprésents sur la planète et notamment dans les environnements de divergence lithosphérique, des marges hyper-étendues jusqu’à l’axe des dorsales océaniques. Dans de tels environnements, les roches de la lithosphère profonde sont exhumées au plancher océanique à la faveur de failles de détachement. Parallèlement, un magmatisme s’instaure suite à la fusion partielle asthénosphérique. Le couplage des processus tectoniques et magmatiques entraîne la circulation d’eau de mer dans les roches du manteau qui s’exhument. Cela conduit à l’altération des roches sous différentes formes telles que : i) la serpentinisation des roches du manteau, ii) la formation de systèmes minéralisés riches en Cu, Zn, Fe, Co, Au, Ag et iii) la carbonatation des roches du manteau. Les minéralisations reconnues dans les environnements océaniques actuels représentent un enjeu technologique, économique et sociétal crucial. Par conséquent, l’étude de ces systèmes est indispensable pour comprendre comment et où ils se forment. Cependant, dans les domaines actuels, la reconnaissance de ces altérations est limitée par les conditions d’observation au plancher océanique. Il devient alors impératif de se tourner vers les systèmes fossiles exposés à terre, dans les chaînes de montagne, pour étudier les processus hydrothermaux à l’origine de la formation des minéralisations. Cette stratégie a été adoptée dans ce travail de thèse à travers l’étude d’’une ophiolite téthysienne préservée dans les Alpes suisses. La déformation et le métamorphisme alpin n’ont eu que peu de conséquences sur les structures et altérations océaniques. Des minéralisations sulfurées similaires à celles reportées aux dorsales océaniques sont présentes dans la nappe là où le budget magmatique a été suffisant pour enclencher des circulations de haute température. Les minéralisations montrent quelques particularités ; présence de Fe-Ca-silicates, association des minéralisations avec des intrusifs mafiques ; diagnostics d’une position structurale profonde. L’évolution des traceurs géochimique (Se, Co/Ni) et minéralogiques de la minéralisation suggèrent qu’elle résulte du mélange entre un fluide hydrothermal et l’eau de mer. Postérieurement, les roches mantelliques et les basaltes ont subi une carbonatation à partir d’un fluide d’origine marine sous des conditions hydrothermales de 90-130°C. Cette carbonatation, se produisant durant une tectonique extensive active, résulte du mélange entre un fluide issu de la serpentinisation et l’eau de mer. Ces différentes altérations des roches du manteau dans la nappe de Platta montrent la richesse des interactions fluides-roches dans les marges hyper-étendues
Fluid-rock interactions are widespread processes on earth including divergent settings from hyper-extended margins to oceanic ridges. There, mantle rocks are exhumedto the seafloor thanks to detachment faults. In the same time, the inception of mafic magmatism occurs during asthenosphere partial melting. Coupling between activemagmatic and tectonic processes triggers hydrothermal circulation in exhuming mantle rocks. This leads to several alterations like: i) the serpentinization of mantle rocks, ii) theformation of Cu-Zn-Fe-Co-Au-Ag-rich hydrothermal mineralized systems and iii) the carbonation of mantle rocks. Mineralization represents critical resources for our technological and societal needs. Hence, studies dealing with ore-forming processes applied to oceanic hydrothermal systems are essential to unravel where and how mineralization forms. However, in present-day oceanic domains, the study of these systems is limited by the bad observation conditions at the seafloor. Hence, one way tofully understand these systems is to turn on fossil analogs preserved on-land. We adopted this strategy here and focused on a Tethyan ophiolite preserved in the Platta nappe where subsequent Alpine metamorphism and deformation had minor effect on oceanic geometries. Sulfide mineralization somewhat similar to this formed in oceanic settings occurred where the magmatic buget was high enough to trigger hydrothermal circulation. The mineralization displays peculiarities (presence of Fe-Ca-silicates, association with mafic intrusions) indicating it corresponds to the root zone of present-day mineralized systems.Geochemical signatures of the mineralization (Co/Ni ratio decrease, Se contentincrease) suggests it formed from hydrothermal fluid mixing with seawater. Subsequently, mantle rocks and basalts recorded a carbonation event under hydrothermal temperatures at about 90-130°C. Syn-tectonic carbonation was the result of serpentinized-derived fluids mixing with seawater at the serpentinite-basalt interface. These alterations reported in mantle rocks from the Platta nappe are the legacy of the diversity of fluid-rock interactions in hyper-extended margins

Les roches carbonatées lacustres de la formation de la Barra Velha (BVF), dans le bassin de Santos, présentent des compositions et textures distinctes, avec des hétérogénéités sédimentaires auxquelles se surimposent celles diagenétiques, conduisant à la formation de réservoirs complexes. Pour mieux comprendre et prédire les hétérogénéités latérales/verticales des réservoirs carbonatés du bassin de Santos, nous avons adopté une approche multidisciplinaire, intégrant des analyses sédimentologiques et diagenétiques, des modèles stratigraphiques et de la modélisation géochimique. À partir des données multi-échelles, nous avons (1) caractérisé la distribution spatiale et stratigraphique des différents faciès et phases diagenétiques et leurs principaux facteurs de contrôle, (2) évalué le modèle conceptuel proposé et fourni les conditions initiales pour le modèle d'interaction fluide-roche en utilisant la modélisation stratigraphique (SFM), (3) étudié les conditions physico-chimiques idéales et les schémas de circulation des fluides dans le bassin régissant les altérations diagenétiques observées dans la zone d'étude. L'analyse des données réalisée dans cette étude met en évidence la distribution spatiale et temporelle des différents types d'argiles magnésiennes, les principaux produits diagenétiques et leur association avec les différents faciès. La distribution stratigraphique des argiles magnésiennes indique une influence de la chimie de l'eau du lac. Par ailleurs, le schéma d'altération des argiles magnésiennes et ses caractéristiques diagenétiques suggèrent un contrôle important du cadre structural. Les tendances spatiales et stratigraphiques des caractéristiques sédimentologiques et diagenétiques indiquent, qu’au premier ordre, l’évolution hydrochimique de l'eau du lac contrôle les principaux aspects de dépôt et de diagénèse, étant modulée par des facteurs locaux qui ont renforcé l'empreinte diagenétique. Les données indiquent que trois caractéristiques principales marquent les variations hydrochimiques de l'eau du lac : une phase initiale associée à un apport important de sédiments détritiques, une phase intermédiaire marquée par des conditions d'évaporation plus élevées et une phase finale caractérisée par des fluctuations des conditions d'évaporation avec une contribution détritique plus faible. Dans la deuxième partie de l'étude, nous proposons un modèle numérique stratigraphique basé sur le modèle géologique conceptuel et l'évaluation des contraintes à grande échelle, telles que la subsidence et les variations du niveau du lac. Le modèle aborde également l'évolution des zones hydrologiques. Grâce à ce modèle, nous proposons une grille latérale et verticale de faciès, utilisée pour définir les conditions initiales de la modélisation en transport réactif. Dans la troisième phase de l'étude, une série de calculs géochimiques permet d’estimer le potentiel diagenétique de différentes sources de solutés et les principaux contrôles paléo-environnementaux sur les modifications diagenétiques. Enfin, nous examinons les principaux scénarios diagenétiques à partir de la modélisation de transport réactif, en nous concentrant sur les processus de dolomitisation, de silicification et de dissolution et sur l’impact de la circulation régionale ou locale des fluides sur les altérations diagenétiques. Les hétérogénéités sédimentaires, liées aux caractéristiques intrinsèques des environnements de dépôt, jouent un rôle crucial dans l'évolution des processus diagenétiques. Les résultats démontrent également l’existence de chemins préférentiels de circulation des fluides et d'altérations diagenétiques associés à l’alternance de strates riches en argiles magnésiennes et de faciès présentant une perméabilité plus élevée. L'approche multidisciplinaire fournit une vue spatiale des interactions entre les propriétés des roches et les schémas possibles de circulation des fluides dans le bassin
The lacustrine carbonate rocks of the Barra Velha Formation (BVF), Santos Basin, present distinct composition and texture, with superimposed sedimentary and diagenetic heterogeneities, forming complex reservoirs. To better understand and predict lateral and vertical heterogeneities of the carbonate reservoirs of Santos Basin, we conduct a multidisciplinary approach, integrating sedimentological-diagenetic analyses, stratigraphic forward (process-based) modeling, and geochemical modeling. From a multiscale dataset of a field localized in the Outer High of the Santos Basin, we (1) characterized the spatial and stratigraphic distribution of the different facies and diagenetic phases and their main controlling factors, (2) evaluated the conceptual model proposed and provide the initial conditions for fluid-rock interaction model, using stratigraphic forward modeling (SFM) (3) investigated the ideal physicochemical conditions and basin fluid circulation patterns ruling the diagenetic alterations observed in the study area. The data analysis performed in this study highlights the spatial and temporal distribution of different types of Mg-clay, the main diagenetic products, and their association with different facies. The stratigraphic variations in Mg-clay distribution indicate an influence of the lake water chemistry. Furthermore, the Mg-clay alteration pattern and its diagenetic features suggest a strong control of the structural setting. The spatial and stratigraphic distribution of sedimentological and diagenetic heterogeneities indicate that the lake water’s first-order hydrochemical evolution drove the major depositional and diagenetic aspects, modulated by local factors, which enhanced the diagenetic imprint. Three main characteristics mark the lake water hydrochemical variation: an initial stage associated with a higher input of detrital content, an intermediary phase marked by higher evaporative conditions, and a final stage characterized by fluctuations of the evaporative conditions with a lower detrital contribution. In the second part of the study, we propose a stratigraphic forward model based on the depositional conceptual model and the evaluation of large-scale constraints, like subsidence and lake-level variations. The model also addresses the lake-level variations relying on the hydrologic water balance between precipitation and evaporation rate and provides insights into the evolution of hydrological zones. Through the process-based model, we propose a lateral and vertical grid of facies used to parametrize the reactive transport modeling. In the third part of the study, a series of geochemical calculations were used to estimate the diagenetic potential of different solute sources and the main paleoenvironmental controls on diagenetic modifications. The calculations show that the pH fluctuation is the main factor impacting the Mg-clay preservation, followed by the diagenetic fluids' Mg/Ca and Mg/Si ratios, and emphasize the role of pCO2 in the diagenetic alteration. In addition, the models point out the ability of different Mg-clay types to generate distinctive amounts of diagenetic products. Finally, we explore diagenetic scenarios on the BVF sag phase through reactive transport modeling, focusing on the dolomitization, silicification, and dissolution processes and addressing the impact of regional versus local fluid circulation on diagenetic alteration. The initial facies heterogeneities, intrinsically related to the depositional characteristics, have a crucial role in the evolution of the diagenetic process. The results also highlight the preferential pathways of fluid circulation and diagenetic alteration associated with Mg-clay-rich layers and facies with higher permeability alternation. The multidisciplinary approach provides a spatial view of the interplay between rock properties and possible fluid circulation patterns in the basin

Le comportement des roches-réservoirs souterraines est un sujet important pour de nombreuses applications liées à la production d’énergie (extraction d’hydrocarbures, séquestration de CO2, ...). L'une des principales questions posées est celle de l'effet des déformations sur les propriétés de transfert hydraulique de la roche, en particulier en conditions saturées. En effet, la déformation des géomatériaux est rarement homogène en raison de conditions aux limites complexes et de sa tendance intrinsèque à se localiser. Cette non-uniformité spatiale de la déformation produit un champ de perméabilité hétérogène. Cela remet en question la validité (a) des méthodes traditionnelles d'analyse macroscopique et (b) des mesures établies principalement loin des zones de déformation localisée. Ainsi, pour améliorer la caractérisation des géo-matériaux, il est crucial d’avoir des mesures locales de la perméabilité, et de connaître la relation entre la déformation et la perméabilité, qui gouverne leur comportement hydraulique.Cette thèse porte sur l’étude du couplage hydromécanique des roches par tomographie aux neutrons et aux rayons X, ainsi que sur le développement de nouvelles méthodes d'analyse. Même si le recours à l'imagerie par rayons X en géosciences devient de plus en plus accessible, la détection directe des fluides a été très limitée en raison du faible contraste air/eau dans les géomatériaux. Contrairement aux rayons X, les neutrons sont très sensibles à l’hydrogène présent dans l'eau. La radiographie par neutrons permet donc d'obtenir des images où la détection du fluide est bien plus facile. De plus, les neutrons sont sensibles aux isotopes, ce qui veut dire que l’eau lourde et celle normale, qui ont des propriétés physico-chimiques proches, peuvent être distinguées avec une grande précision. Il faut noter que l’imagerie aux neutrons pour les roches est un domaine expérimental qui est essentiellement inexploré, ou limité à des études 2D d'échantillons secs, avec peu ou pas de contrôle sur les conditions aux limites.Dans le cadre de ce travail, nous avons conçu une nouvelle cellule triaxiale, avec un contrôle asservi, pour effectuer des expériences d'écoulement de fluides multiples dans un échantillon de roche saturé et chargé mécaniquement avec acquisition des données neutroniques en 4D. Une autre originalité du projet est l'utilisation d'installations d'imagerie neutroniques à haute performance (CONRAD-2 au Helmholtz Zentrum à Berlin et NeXT à l'Institut Laue-Langevin à Grenoble), profitant de la technologie de pointe et des lignes de faisceaux les plus puissantes du monde. Cela a permis d'acquérir des données à une fréquence optimale pour notre étude.Ce travail présente les résultats de plusieurs campagnes expérimentales couvrant une série de conditions initiales et de conditions aux limites relativement complexes. Pour quantifier le couplage hydromécanique local, nous avons appliqué un certain nombre de procédures de post-traitement standard et nous avons également développé un ensemble de méthodes de mesure, par exemple pour suivre le front d’eau et déterminer les cartes de vitesse 3D. Les résultats montrent que la vitesse du front d’eau entraîné par imbibition dans un échantillon sec est augmentée à l’intérieur d'une bande de cisaillement compactante, tandis que la vitesse d’écoulement entraîné par la pression est réduite dans les échantillons saturés, quelque soit la réponse volumétrique de la bande de cisaillement (compactante / dilatante). La nature des données 3D et des analyses s'est révélée essentielle dans la caractérisation du comportement mécanique complexe des échantillons et de la vitesse d'écoulement qui en résulte.Les résultats expérimentaux obtenus contribuent à la compréhension de l'écoulement dans les matériaux poreux sous chargement, garantissent la pertinence de l'analyse et permettent d’etablir une méthode expérimentale pour d'autres campagnes hydromécaniques in-situ
The behaviour of subsurface-reservoir porous rocks is a central topic in resource engineering industry and has relevant applications for hydrocarbon and water production or CO2 sequestration. One of the key open issues is the effect of deformations on the hydraulic properties of the host rock, specifically in saturated environments. Deformation in geomaterials is rarely homogeneous because of the complex boundary conditions they undergo as well as for their intrinsic tendency to localise. This non uniformity of the deformation yields a non uniform permeability field, meaning that the traditional macroscopic analysis methods are outside their domain of validity. These methods are in fact based on measurements taken at the boundaries of a tested sample, under the assumption of internal homogeneity. At this stage, our understanding is in need of direct measurements of the local fluid permeability and its relationship with localiseddeformation.This doctoral dissertation focuses on the acquisition of such local data about the hydro mechanical properties of porous geomaterials in full-field, adopting neutron and x-ray tomography, as well as on the development of novel analysis methods. While x-ray imaging has been increasingly used in geo-sciences in the last few decades, the direct detection of fluid has been very limited because of the low air/water contrast within geomaterials. Unlike x-rays, neutrons are very sensitive to the hydrogen in the water because of their interaction with matter (neutrons interact with the atoms’ nuclei rather than with the external electron shell as x-rays do). This greater sensitivity to hydrogen provides a high contrast compared to the rock matrix, in neutron tomography images that facilitates the detection of hydrogen-rich fluids. Furthermore, neutrons are isotope-sensitive, meaning that water (H 2 0) and heavy water (D20), while chemically and hydraulically almost identical, can be easily distinguished in neutron imaging.The use of neutron imaging to investigate the hydromechanical properties of rocks is a substantially under-explored experimental area, mostly limited to 2D studies of dry, intact or pre-deformed samples, with little control of the boundary conditions. In thiswork we developed a new servocontrolled triaxial cell to perform multi-fluid flow experiments in saturated porous media, while performing in-situ loading and acquiring 4-dimensional neutron data.Another peculiarity of the project is the use of high-performance neutron imaging facilities (CONRAD-2, in Helmholtz Zentrum Berlin, and NeXT-Grenoble, in Institut Laue-Langevin), taking advantage of the world’s highest flux and cutting edge technology to acquire data at an optimal frequency for the study of this processes. The results of multiple experimental campaigns covering a series of initial and boundary conditions of increasing complexity are presented in this work.To quantify the local hydro-mechanical coupling, we applied a number of standard postprocessing procedures (reconstruction, denoising, Digital Volume Correlation) but also developed an array of bespoke methods, for example to track the water front andcalculate the 3D speed maps.The experimental campaigns performed show that the speed of the water front driven by imbibition in a dry sample is increased within a compactant shear band, while the pressure driven flow speed is decreased in saturated samples, regardless of the volumetric response of the shear band (compactant/dilatant). The 3D nature of the data and analyses has revealed essential in the characterization of the complex mechanical behaviour of the samples and the resultant flow speed.The experimental results obtained contribute to the understanding of flow in porous materials, ensure the suitability of the analysis and set an experimental method for further in-situ hydromechanical campaigns

La thèse est divisée en deux parties. La première partie fait le point sur un certain nombre de phénomènes : - le développement de la fracturation dans les zones de décrochement soumises ou non à des pressions de fluides, - la dynamique de la circulation des fluides dans les zones de failles et le comportement des fluides hydrothermaux soumis à des variations de température et de pression brutales, - le rôle de la fracturation dans la mise en place de magmas granitiques dans l'épizone et les mécanismes de déformation qui gèrent cette mise en place. La deuxième partie concerne l'étude des minéralisations (Zn, Pb, Ag) de Saint-Salvy-de-la Balme (Tarn), adjacentes au granite du Sidobre, dont elles sont contemporaines. Une étude de la cinématique de mise en place du granite du Sidobre est menée par la méthode de l'ASM. Celle-ci met en évidence un cisaillement dextre du magma au moment où celui-ci se met en place à 7 kms de profondeur. L'enregistrement de la déformat1on par les stades successifs de cristallisation du magma permet de suivre l'évolution de la déformation et du comportement du granite au cours de son refroidissement (250 000/500 000 ans). La déformation, concentrée dans le batholite lorsque celui-ci est encore à l'état magmatique, se concentre progressivement sur les bordures du batholite, pour finalement aboutir à la formation du champ filonien de Saint-Salvy. La surface de décollement entre le batholite et les schistes est représentée par le filon de Saint-Salvy. A l'intérieur de celui-ci, les fluides qui circulent à des vitesses pouvant localement atteindre plusieurs m/s, déposent des quantités massives de quartz (pendant environ 60000 ans), aux endroits où des contrastes de compétence importants se présentent. Ceux-ci sont principalement engendrés par la présence de lames d'aplites, emballées dans les schistes. Les masses de quartz jouent à leur tour un rôle d'hétérogénéités lors de la poursuite du décrochement dextre. Les ouvertures ménagées sous l'effet du cisaillement dextre et par la pression des fluides autour de ces masses quartzeuses permettent le dépôt de la sphalérite (< 10000 ans). Quelque soit l'échelle d'observation considérée, la présence d'ouverture importante est liée à la notion d'hétérogénéité.