Mesure des trs faibles permabilits et caractrisation de sols et roches

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).
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)
22.5
22.5
12
12
12
12
22.5
22.512
0
2
4
6
8
10
12
K (10-20 m²)
T=36°C
T=70°C
4
j
= durée du
p
alier
4 j
4 j
8 j
4j