Étude expérimentale de la fracturation et du comportement constitutif d'un matériau frictionnel et dilatant analogue de roche réservoir
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The thesis focuses on the study of rock fracturing using the granular synthetic material Crack1 analogue of rocks, such as tenacious limestone, representative of oil reservoirs. The objective of the work is to characterize quantitatively the constitutive response of the Crack1 and to relate with the fracturing regimes. The adequate experimental equipment and the system for accurate data acquisition were developed. The yield surfaces for Crack1 were derived from the experimental results allowed us to define the evolution of the internal friction coefficient which changes the sign from positive to negative with increasing confining pressure. This change marks the brittle-ductile transition in the material behaviour that was proven to be very sensitive to the type of loading. The evolution of the dilatancy factor is also linked to this transition and reflects the transition from dilatant to compactant behaviour of the material. The type of fractures and their orientation change as well : the fractures become less inclined to the major stress with increasing confining pressure. All types of fractures are obtained : shears and hybrid fractures as well as joints. The experimental results are in a reasonable agreement with the predictions of the theory of bifurcation and open perspectives for both the study of the rocks” behaviour and the physical modelling of fracturing at the scale of geological structures using rock analogue material crack1.
Abstract FR:
La thèse porte sur l’étude de la fracturation des roches en utilisant le matériau synthétique granulaire Crack1 analogue des roches tenaces comme le calcaire représentatif d’un réservoir pétrolier. L’objectif du travail est de caractériser quantitativement le comportement constitutif du Crack1 et de le mettre en rapport avec les modalités de fracturations du matériau. Pour atteindre cet objectif, le dispositif expérimental adéquat, ainsi que le système de mesure précis des contraintes et déformations locales et d’acquisition des données ont été conçus et réalisés. A partir des données obtenues, les surfaces de charges pour Crack1 ont été construites pour différents types de chargement (compression et extension axisymétrique=. Elles ont permis de définir l’évolution de coefficient de friction interne qui change le signe de positif à négatif avec l’augmentation de la pression de confinement. Ce changement marque la transition entre le comportement fragile et ductile du matériau qui est avérée être très sensible au type de chargement. L’évolution du coefficient de dilatance est aussi liée à cette transition reflétant la transition de la formation dilatante à la déformation compactante. Le type des fractures et leur orientation changent également ; elles dévient moins incliné à la contrainte majeure avec l’augmentation de la pression de confinement. Ainsi tous les types de fractures ont été obtenus : fractures cisaillantes, hybride et la diaclase. Les résultats expérimentaux sont en accord raisonnable avec la prédiction de la théorie de bifurcation et ouvre plusieurs perspectives pour l’étude du comportement des roches et la modélisation physique à l’échelle des structures géologiques avec le matériau analogique Crack1.