Mesure des très faibles perméabilités de sols et roches Contact : joel.billiotte(-at-)mines-paristech.fr Le Centre de Géosciences mène, depuis 1970, des recherches sur la porosité et sur la texture de sols et de roches soumis à des sollicitations mécaniques et/ou hydriques, ceci en relation avec leur nature géologique. Cette démarche a pour but de répondre aux chercheurs, concepteurs, aménageurs et utilisateurs de l’environnement naturel qui souhaitent obtenir des caractéristiques de matériaux géologiques pour leurs projets et surtout qui s’interrogent sur de l’influence de la nature et de la variabilité géologique de ces matériaux sur leurs caractéristiques. Dans cette approche, la mesure de propriétés pétrophysiques sera donc soit une caractérisation de la roche pour une utilisation spécifique, soit un quantificateur dont l’évolution caractérisera celle de la texture de roche. Parmi les propriétés pétrophysiques, la perméabilité, monophasique ou biphasique, a été tout particulièrement étudiée en vue de l’utilisation des fluides de la porosité ou des propriétés de celle-ci : stockages de gaz souterrains(GdF), exploitation pétrolière (Elf, Total, Statoil), barrières d’étanchéité (ADEME, ANDRA) et stockages de déchets (CEA, ISRN, ANDRA). Pour caractériser des transferts de plus en plus faibles en vue du confinement de fluides ou de matières en milieu naturel, des méthodes de mesures pétrophysiques ont été développées pour des milieux très peu perméables et/ou très peu poreux, en particulier la mesure de perméabilité, pour lesquels les perturbations, naturelles ou liées à des sollicitations, peuvent induire de très importantes dégradations de leurs performances de transfert. Parmi ces méthodes, on a développé la mesure en régime permanent de conductivité hydraulique d’argiles plastiques saturées (> 10-13 m/s) en fonction de la température (CEE) et la mesure en régime transitoire de la perméabilité au gaz ( > 10-22 m²) pour le suivi de l’évolution texturale de sels suite à des sollicitations thermo-mécaniques (ANDRA) ou pour l’étude de la variabilité de granites (CEA). Ces deux méthodes ont été appliquées à des argilites de sites d’étude pour le stockage de déchets radioactifs avec pour l’ISRN une caractérisation chimico-hydro-mécanique des transferts et pour l’ANDRA la caractérisation de l’endommagement et le transfert de gaz dans l’EDZ en relation avec l’état de saturation du matériau. Ces méthodes sont toujours en cours de développement pour accroître leurs performances et leur domaine d’application. Pour la perméabilité aux liquides, un passage à une mesure en phase transitoire est projeté en vue de la caractérisation de matériaux très peu perméables comme les bétons de puits ou les couvertures. Pour la perméabilité au gaz un nouveau banc est en cours de développement dans le cadre d’un projet CARNOT pour réduire les contraintes imposées par le gaz (< 1MPa au lieu de 5-8 MPa) sans diminution de la sensibilité de la mesure (k < 10-22m²) afin de caractériser des matériaux sous faibles contraintes. Enfin, l’exploitation des fluides de roches peu perméables (Tigh Gas Reservoir) permet l’application de cette méthodologie pour la détermination de la perméabilité « in-situ » en minimisant l’impact des variations de texture des argiles liées au prélèvement et aux méthodes de préparation et de désaturation en laboratoire (Total). 12 12 T=36°C 12 8j 10 K (10-20 m²) 4j 22.5 8 22.5 6 12 22.5 12 4j 12 22.5 4 4j T=70°C 2 4 j = durée du palier 0 Vue du banc de perméabilité au gaz (k< 10-22m²) Suivi de la perméabilité d’un sel en fonction de la température et du confinement (déviateur = 20 MPa)