Créer de nouveaux matériaux aux propriétés mécaniques bien contraintes: un défi pour la modélisation expérimentale
La modélisation analogique est une méthode d'étude des déformations géologiques qui a été utilisée pour la première fois au XIX siècle. Elle consiste à reproduire à petite échelle, à l'aide de modèles réduits, les déformations observées dans la nature (chaînes de montagnes, fossés d'effondrement, instabilités gravitaires etc...). Malgré les progrès récents de la modélisation numérique, les ordinateurs sont encore loin de pouvoir modéliser avec finesse les déformations en 3D. La modélisation expérimentale reste donc un moyen d'étude très efficace des systèmes tectoniques. En particulier, les modèles numériques résolvent difficilement les processus de déformation complexe permettant les transferts de fluides dans les bassins (fracturation hydraulique, fluidisation, remobilisation de sédiments...). Pour réaliser des modèles expérimentaux, le choix des matériaux est donc crucial. Les matériaux doivent posséder des propriétés mécaniques bien précises définies par le dimensionnement qui est établi au préalable. Ce dernier fixe les rapports d'échelles de longueurs, forces, temps, vitesses... entre expérience et système réel. Sans lui, les résultats expérimentaux ne pourraient aucunement être comparés au système naturel. La principale limite de la modélisation expérimentale tient alors au choix du matériaux. C'est pourquoi le LPG-Le Mans a entrepris de développer de nouveaux matériaux analogues aux propriétés mécaniques et hydrauliques bien spécifiques permettant d'aborder des simulations d'un nouveau type, en particulier des modélisations de fracturation hydraulique et d'échappement de fluides dans les bassins. Au cours de sa thèse, Denis Bureau a ainsi développé et caractérisé des matériaux granulaires dont les propriétés de cohésion peuvent être contrôlées. Les appareils de mesure à très faibles contraintes que le LPG-Le Mans possède permet de mesurer des propriétés telles que la résistance en tension de quelques Pascal seulement. Ces matériaux ont été utilisés pour la simulation de processus de fracturation hydraulique et injection de sable dans les sédiments. Ces simulations permettent de mieux contraindre l'effet des paramètres mécaniques sur la géométrie des réseaux d'injectites constituant, pour certains, des réservoirs d'hydrocarbures en Mer du Nord.
Le développement de nouveaux matériaux s'effectue dans le cadre de différents projets:
- Projet de collaboration PHC - Aurora France-Norvège en 2013 entre l'Université du Maine et l'Université d'Oslo.
- Projet INSU (CESSUR) en 2014 sur le développement de matériaux aux propriétés anisotropes.
R.M. Fev.2014
Laboratoire de Géosciences - LPG
UFR SCiences et Techniques
Université du Maine
Ave O.Messiaen
72085 cedex 9
tel: 0764805058