Gefrac3-Exp : L’étude des interactions eau/roche dans les réservoirs géothermiques fracturés

Essais de percolation et mise en place d’un programme de modélisation

Le programme de recherche s’est articulé autour de deux modules principaux :

• des essais de percolation réactive sur des échantillons rocheux fracturés représentatifs de différents contextes EGS (granitique et gréseux) ;
• un programme de modélisation portant sur plusieurs aspects des phénomènes physico-chimiques constatés lors des essais, avec pour objectif de mieux comprendre l’évolution de la perméabilité de la fracture.

Evolution de la fracture par les interactions eau/roche lors de la percolation réactive

Les résultats de la percolation réactive sous contrainte normale et en température (80 °C) menée sur un granite fracturé provenant du site de Soultz-sous-Forêts ont mis en évidence une modification du comportement hydromécanique de la fracture et une augmentation de sa perméabilité induite par les interactions fluide-roches. Les caractérisations de la fracture et de ses épontes, qu’elles soient relatives à la morphologie (topographie, cartes des vides) ou à la minéralogie (observation des minéraux présents), permettent d’expliquer les évolutions de la fracture induites par les interactions eau/ roche lors de la percolation réactive. Il semble, ainsi, que l’augmentation de sa perméabilité et l’évolution de son comportement résultent de la dissolution de certains minéraux présents (calcite…) conduisant au surcreusement de chemins d’écoulement préexistants et s’accompagnant d’une chenalisation telle qu’observée sur la carte des vides.

Les résultats du premier essai de percolation sont d’ores et déjà utilisés dans les travaux de modélisation entrepris pour reproduire les comportements hydraulique et mécanique de la fracture. Les caractéristiques à la base de la construction.

Vue de l’éponte inférieure de l’échantillon granitique après essai de percolation.

Construction des différents modèles

Les caractéristiques à la base de la construction des modèles sont relatives à la morphologie de la fracture et de ses épontes : carte des vides de la fracture et cartes topographiques des épontes. Une première étape consiste à simplifier ces données pour construire le modèle géométrique : modèle de conduites pour le modèle d’écoulement et modèle d’indentations pour le modèle mécanique. Ensuite, des modèles constitutifs permettant de décrire le comportement des éléments de base sont introduits : modèle d’écoulement dans les conduites, modèle de comportement mécanique des indentations. Enfin, les paramètres sont ajustés grâce aux données acquises lors des tests réalisés, hors percolation réactive (mise en place de la fracture et caractérisation hydromécanique de celle-ci).

Une aide à la compréhension et l’interprétation des essais de percolation

Ces premiers modèles aideront à la compréhension et à l’interprétation des essais de percolation, notamment le lien entre les interactions fluide/ roche et les évolutions des comportements hydraulique, mécanique et hydromécanique de la fracture. Ils pourront être mis en œuvre pour déterminer des paramètres et des modèles de comportement de la fracture à une échelle plus globale.

D’autres expériences de percolation réactive ont été réalisées sur un échantillon de grès. Elles ont montré la nécessité de développer le dispositif expérimental et la méthodologie mis en oeuvre pour un granite afin de réaliser ces expériences sur des roches présentant des caractéristiques matricielles différentes : résistance mécanique moindre et plus grande perméabilité.