Pression et fracturation
Voyons maintenant l'effet de ces pressions de fluides sur les discontinuités telles que les fractures.
Définition
Une fracture, qu'elle soit naturelle ou induite, correspond à un relâchement local d'énergie mécanique lié au dépassement de la limite d'élasticité des roches.
Cette rupture produit une onde vibratoire acoustique qui se propage dans les terrains à des vitesses variables.
Le seuil de rupture, correspond à une déformation maximale ε qui est atteinte pour une valeur de contrainte σ ou pression, dans un diagramme classiquement utilisée en mécanique que l'on appelle un cercle de Mohr.
Les contraintes à l'origine de la fracturation sont notées σ1, σ2, σ3 (contraintes triaxiales) et par exemple σ1 peut être typiquement la contrainte verticale maximale ou contrainte lithostatique, que nous avons quantifiée précédemment.
La présence de fluides sous pression dans la roche (stimulation hydraulique par exemple), qui va percoler dans la fracture va alors permettre son évolution et un cisaillement de ses deux épontes va s'opérer. Les microrugosités des parois des fractures vont donc évoluer, se déplacer et se décorréler.
En fin de stimulation hydraulique, la fracture va se refermer en préservant des vides nouveaux et assurant donc une porosité et une perméabilité plus forte du massif rocheux. Le réservoir a été stimulé.
Le cercle de MohrComplément
Le cercle de Mohr s'intéresse à deux types de contraintes s'exerçant sur le plan de fracture : la contrainte normale σn, pression perpendiculaire au plan de fracture et la contrainte tangentielle τ s'exerçant dans le plan de fractures et étant responsable du mouvement des deux épontes, le cisaillement.
Le cercle de Mohr est alors une représentation géométrique permettant d'estimer les valeurs de σn et τ pour une situation donnée. On superpose classiquement au cercle de Mohr, une courbe dite intrinsèque qui définit le domaine de déformation à la rupture ou la stabilité. Le point tangent du cercle de Mohr et de la courbe intrinsèque correspond au seuil de rupture et à l'apparition d'une fracture qui sera caractérisée par une orientation spécifique (angle θ)
Pour en savoir plus sur le cercle de Mohr, nous vous invitons à consulter le livre (extrait consultable sur google et en particulier la partie cercle de Mohr) :
Eléments de géologie - 14e édition - L'essentiel des Sciences de la Terre et de l'Univers: Cours, QCM et site compagnon. Charles Pomerol,Yves Lagabrielle,Maurice Renard,Stéphane Guillot, Dunod 2011.
Voir Chapitre 16 : Notion de mécanique des solides et rhéologie. p. 343.
