Homogénéisation non-périodique de milieux fracturés multi-échelle // Non-periodic homogenization of multi-scale fractured media

Topic description

Les processus tectoniques et l'exploitation industrielle du sous-sol induisent des déformations fragiles de la croûte terrestre, conduisant à des fractures à toutes les échelles.

Ces fractures sont organisées en réseaux qui se caractérisent essentiellement par leur densité, leur connectivité et leur distribution d'ouverture, de longueur et d'orientation.

La détermination de ces paramètres est essentielle pour prévoir le comportement hydrogéologique des réservoirs ou comprendre la fatigue des sols et des ouvrages d'art.

Cependant, les mesures directes des paramètres de fracture sont rarement disponibles. Outre les affleurements, les carottes et les images de forage, les roches fracturées sont vues de manière effective grâce à des propriétés mécaniques dérivées d'essais mécaniques ou de données d'ondes sismiques.

L'objectif du projet de thèse est d'améliorer notre compréhension de l'interaction entre les ondes sismiques et les fractures.

Les observations géologiques ont mis en évidence qu'une loi de puissance est appropriée pour décrire la densité d'un ensemble de fractures en fonction de la taille de la fracture (par exemple, Bonnet et al.

Néanmoins, pour des raisons théoriques ou de calcul, les études sur la propagation des ondes sismiques dans les milieux fracturés ont jusqu'à présent été limitées à une courte gamme de tailles.

Pour surmonter cette limitation, le présent projet s'appuiera sur les progrès récents de l'homogénéisation non périodique (par exemple, Capdeville et al, ) pour calculer les propriétés effectives des fractures en suivant des distributions de lois de puissance réalistes.

La méthodologie numérique sera testée et validée par des expériences en laboratoire sur des carottes.

Tectonic processes and the industrial exploitation of the subsurface induce brittle deformations in the earth crust, leading to fractures at all scales.

These fractures are organized in networks which are basically characterized by their density, connectivity and distribution of aperture, length and orientation.

Determining these parameters are essential for predicting the hydrogeological behavior of reservoirs or understanding the fatigue of soils and engineering structures.

However, direct measurements of fracture parameters are rarely available. Apart from outcrops, cores and borehole images, fractured rocks are seen in an effective way through mechanical properties derived from mechanical tests or seismic wave data.

The aim of the PhD project is to improve our understanding of the interaction between seismic waves and fractures.

Geological observations have evidenced that a power law is appropriate to describe the density of a fracture set as a function of fracture size (e.

g., Bonnet et al., ). Nevertheless, for either theoretical or computational reasons, studies on seismic wave propagation in fractured media have been restricted to a short range of sizes so far.

To overcome this limitation, the present project will build on recent progresses in non-periodic homogenization (e.g., Capdeville et al, ) to compute effective properties of fractures following realistic power law distributions.

The numerical methodology will be tested and validated against laboratory experiments on core samples.

Début de la thèse : 02 / 10 /

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