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Caractérisation et suivi des sites expérimentaux

Observatoire du sous-sol - Maguelone
Les travaux proposés sont génériques puisqu’ils peuvent servir de base aussi bien à la modélisation des transferts dans les aquifères de surface qu’à celle, par exemple, des hydrocarbures dans les réservoirs pétroliers plus profonds. A ce titre, les travaux expérimentaux au laboratoire sont réalisés sur des échantillons provenant des sites expérimentaux à faible profondeur, eux-mêmes analogues de réservoirs exploités parfois à grande profondeur dans les bassins sédimentaires. Cette approche permet d’étudier une large gamme d’hétérogénéités de structures qui constituent les principales difficultés rencontrées dans ce domaine.

A échelle du site, notre investigation expérimentale est restreinte aux faibles profondeurs pour des raisons techniques. Du fait de la diversité des contextes géologiques et hydrodynamiques, il est cependant nécessaire de développer des sites expérimentaux couvrant une large gamme de milieux, comme nous l’avons fait ces dernières années (projet ALIANCE et ORE H+). Alors que le site de Campos (Majorque) est un analogue structural de nombreux réservoirs pétroliers dans les systèmes carbonatés récifaux, le site de Ploemeur (Bretagne) offre un exemple de réservoir en milieu cristallin.

L’expérimentation sur ces sites naturels à échelle métrique à hectométrique nécessite une caractérisation préalable détaillée de ces sites aux échelles pertinentes. Sur le terrain, les mesures et images géophysiques en forage permettent une description des structures traversées et des hétérogénéités (fractures, vacuoles, ...) qui contrôlent les flux de masse à des échelles allant, localement, du mm au m.

Dans ce but, le laboratoire s’est équipé ces dernières années d’un ensemble d’instruments géophysiques de petit diamètre permettant la description en forage :

- des structures géologiques traversées (images de paroi à échelle du mm),

- leur caractérisation pétrophysique (acoustique, électrique, radioactivité naturelle),

- celle des écoulements par des méthodes hydrogéophysiques (débitmètres, caractérisation hydrogéochimiques du fluide en forage, mesure du potentiel spontané avec la sonde "MuSET").

Nous comptons maintenir cet effort de caractérisation des hétérogénéités, du transport hydrodispersif et des réactions eau-roche avec la finalisation de nouveaux outils (mesures de perméabilité in-situ et échantillonnage de fluide de formation avec la sonde "SHyFT" ; imagerie acoustique des écoulements en paroi de forage avec la sonde "DopTV"), et de nouveaux codes de traitement ou de modélisation de ces mesures. On se focalisera, en particulier, sur l’analyse de la fracturation et des dissolutions en milieux carbonatés par des méthodes électriques et acoustiques. Pour cela, le laboratoire dispose notamment d’un outil de géophysique en forage de type sonique multi-pôles et multi-fréquences, permettant l’enregistrement d’un sismogramme complet pour les ondes de volume (P et S) et pour les ondes de tube (i.e. onde de Stoneley).

Nous proposons tout d’abord une mesure des propriétés acoustiques (vitesse, coefficient de réflexion, atténuation) pour obtenir une caractérisation des milieux sondés (i.e. lithologie) et une détection des hétérogénéités présentes, notamment des fractures [Tang and Cheng, 2004 ; Hornby et al., 1989]. Le programme de recherche pour les années à venir portera sur l’analyse des formes d’onde dans le domaine temporel et fréquentiel. L’objectif est d’extraire des informations sur les hétérogénéités (position, forme, taille,…) du milieu. Par ailleurs, les écoulements affectant la propagation des ondes de tube, les mesures acoustiques en forage sont utilisées pour estimer la perméabilité à échelle décimétrique [Winkler et al., 1989, Tang et Cheng, 2004]. Dans le domaine électrique, le laboratoire dispose de plusieurs sondes de mesures (ohmiques ou par induction), et des outils de modélisation numérique permettant d’accéder aux propriétés intrinsèques du milieu.

Enfin, afin de s’adresser aux plus grandes échelles de temps et caractérisant la variabilité temporelle des structures et des conditions aux limites de transport dans les réservoirs, nous avons construit et développé de nouveaux observatoires géophysiques (igeo-SER) permettant un suivi continu in-situ des écoulements dans le milieu. Une fois automatisé pour fournir, par exemple, une mesure horaire ou quotidienne de paramètres géophysiques tels que résistivité électrique ou potentiel électrocinétique, on pourra étudier directement ou indirectement la réponse du réservoir (segmentation, dissolution, précipitation, ...) aux sollicitations extérieures aussi bien naturelles (climatiques, tectoniques, ...) qu’induites dans le cadre d’expériences (injection ponctuelle d’un traceur, d’écoulement longue durée).