Soutenance de thèse de Etienne Lavoine

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

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.