Brevet FR3127960A1 — publié le 20230414

La présente invention concerne un procédé de stabilisation d’un système de faille (1) comportant un premier bloc rocheux (2) et un deuxième bloc rocheux (4) définissant entre eux une faille (6), ledit procédé comportant les étapes successives suivantes : a) fourniture d’une consigne de déplacement du premier bloc rocheux (2) ; b) mesure d’une valeur de déplacement du premier bloc rocheux (2) ; c) génération d’un signal de commande de pression d’un fluide par application d’une loi de commande ; d) injection ou pompage d’un fluide dans ladite faille (6) selon le signal de commande de pression ; et e) répétition des étapes b) de mesure, c) de génération et d) d’injection, à une fréquence prédéterminée. L’invention concerne également un dispositif de stabilisation d’un tel système de faille mettant en œuvre le procédé de stabilisation. PROCEDE ET DISPOSISITIF DE STABILISATION D’UN SYSTEME DE FAILLE PAR INJECTION CONTROLEE D’UN FLUIDE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne d’une part un procédé de stabilisation d’un système de faille et d’autre par un dispositif de stabilisation mettant en œuvre le procédé de stabilisation. Etat de la technique Des procédés de libération d’énergie sismique par déplacement d’un bloc rocheux au niveau d’une faille ou d’un système de failles sont basés sur une injection d’un fluide dans la croûte terrestre. Certains de ces procédés sont fondés sur une méthode de contrôle, appelée « traffic light system », et se basent sur une variable de décision, par exemple l’amplitude d’un séisme, et une valeur seuil au-dessus de laquelle des actions, par exemple l’arrêt ou la prolongation de l'injection sont effectuées. On connait par exemple du document américain US 2018/231987, un procédé de contrôle de libération de l’énergie sismique dans lequel un fluide est injecté dans des puits situés le long d’une faille. L’injection du fluide dans les puits est déterminée à partir d’une carte thermique comprenant une pluralité de données mesurées dans la faille, telles que l’énergie potentielle, la viscosité ou les précédents évènements sismiques. Bien que ces procédés permettent généralement de dissiper l’énergie sismique accumulée au niveau d’une faille, leur mise en œuvre repose sur la génération de petits séismes pouvant endommager des constructions, des outils de production, ou des ouvrages se trouvant à proximité. Il existe tout d’abord un besoin pour limiter le nombre de données à mesurer déterminer l’injection du fluide. Il existe en outre un besoin de déterminer des données dont la mesure offre une précision suffisante pour injecter correctement le fluide. L’invention vise ainsi à fournir un procédé visant à injecter de manière contrôlée un fluide dans une faille en limitant la magnitude d’un séisme à une valeur seuil, ou encore sans même générer de séisme. A cet égard, est proposé selon un premier aspect de l’invention, un procédé de stabilisation d’un système de faille comportant un premier bloc rocheux et un deuxième bloc rocheux définissant entre eux une faille, ledit procédé comportant les étapes successives suivantes : a) fourniture d’une consigne de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille, ladite consigne de déplacement étant déterminée de sorte que si un déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux conforme à ladite consigne est produit, l’énergie accumulée dans ledit système de faille est progressivement libérée ; b) mesure d’une valeur de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille ; c) génération d’un signal de commande de pression d’un fluide par application d’une loi de commande et à partir d’une erreur de déplacement correspondant à la différence entre la consigne de déplacement et la valeur de déplacement mesurée ; d) injection ou pompage d’un fluide dans ladite faille ou à proximité de ladite faille dudit système de faille, selon le signal de commande de pression ; et e) répétition de l’étape b) de mesure, c) de génération et d) d’injection, à une fréquence prédéterminée. Grâce au procédé selon l’invention, il est possible de contrôler le déplacement du premier bloc rocheux en injectant un fluide à une pression déterminée par la loi de commande et permettant au premier bloc rocheux de suivre une trajectoire prédéterminée, correspondant à la consigne de déplacement. Ainsi, en contrôlant le déplacement du premier bloc rocheux, il est possible d’éviter un déplacement abrupt déclenchant une libération d’énergie soudaine pouvant causer un séisme. En outre, le procédé selon l’invention permet de stabiliser le système de faille à partir d’un nombre limité de données à mesurer. En effet, il est possible de stabiliser le système de faille à partir d’une valeur de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux. Ceci est d’autant plus avantageux que cette donnée peut être mesurée avec une précision suffisante pour générer un signal de commande de pression qui garantit la stabilité du système de faille. Par stabilisation, la présente invention vise à décrire un procédé qui tend à ramener le système de faille vers un état d’équilibre après avoir été éloigné de ce dernier. A proprement parler, le procédé vise à stabiliser asymptotiquement, au sens de Lyapunov, le système de faille. Par déplacement, la présente invention vise à décrire une distance parcourue, dite distance de glissement, par le premier bloc rocheux relativement au deuxième bloc rocheux, ou bien une vitesse, dite vitesse de glissement, du premier bloc rocheux relativement au deuxième bloc rocheux. Le déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux peut correspondre au déplacement relatif de plusieurs points du premier bloc par rapport à plusieurs points du deuxième bloc rocheux. Le déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux peut aussi correspondre au déplacement moyen de points du premier bloc rocheux par rapport à des points du deuxième bloc rocheux. Le déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux peut encore correspondre au déplacement moyen d’un groupe de points du premier bloc rocheux par rapport à un groupe de points du deuxième bloc rocheux. Par faille, la présente invention vise une zone de rupture en profondeur dans la roche, pouvant se prolonger jusqu’à une surface terrestre. C’est parce qu’il existe une corrélation entre la pression de fluide injecté dans la faille et le frottement entre le premier bloc rocheux et le deuxième bloc rocheux, qu’il est possible de modifier le frottement entre ces blocs en ajustant la pression du fluide injecté pour déplacer le premier bloc rocheux selon une trajectoire prédéterminée. L’énergie accumulée peut ainsi être libérée progressivement et sans causer le moindre séisme, jusqu’à un nouveau point d’équilibre stable où il peut ne plus être nécessaire d’appliquer le procédé de stabilisation. La consigne de déplacement du premier bloc rocheux peut être une consigne de vitesse. La consigne de vitesse du premier bloc rocheux peut être une valeur constante. La consigne de vitesse du premier bloc rocheux peut être définie par une ou plusieurs rampes. La consigne de vitesse du premier bloc rocheux peut être définie par un ou plusieurs échelons de vitesse. La consigne de vitesse du premier bloc rocheux peut être définie par la combinaison d’au moins une valeur constante, et/ou une rampe et/ou un échelon. Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé de stabilisation peut comporter en outre une étape de détermination de ladite loi de commande à partir d’un modèle mathématique représentant le système de faille et prenant en compte des incertitudes liées à des perturbations dudit système de faille, ledit modèle mathématique prenant la forme suivante : où et sont des matrices constantes représentant la partie nominale du système, est un vecteur d’état représentant le déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux en au moins un point de la faille, est un vecteur des entrées du système représentant le signal de commande de pression, est une matrice représentant des incertitudes liées à l’influence de l’entrée à la friction, est une fonction comportant des incertitudes liées à la friction, à la position et la géométrie de la faille, à des propriétés élastiques, visqueuses et inélastiques des blocs rocheux, et à la dépendance du système de faille à des phénomènes multiphysiques et multiéchelles qui ne sont pas pris en compte au modèle nominal. Avantageusement, le modèle mathématique n’a pas besoin d’être mis à jour ou recalculé après chaque mesure ou chaque injection. En effet, il est seulement nécessaire de déterminer le vecteur d’état . Selon un autre exemple, l’étape de détermination de la loi de commande peut comporter une étape de détermination d’un paramètre de stabilité de ladite loi de commande, ladite loi de commande prenant la forme suivante : où est un coefficient prédéterminé influant sur la rapidité du système, le paramètre de stabilité étant solution de l’équation de Riccati : où est un paramètre qui dépend d’un coefficient et de selon la formule et les conditions suivantes : avec où est la matrice identité. Selon un exemple, le procédé de stabilisation peut comporter en outre une étape d’estimation du vecteur d’état dudit modèle mathématique, par un observateur d’état, à partir de la mesure de la valeur de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille. L’étape de détermination du paramètre de stabilité peut être effectuée en temps réel après chaque étape b) de mesure. L’étape de détermination du paramètre de stabilité peut précéder l’étape b) de mesure. Selon un autre exemple de mise en œuvre, l’étape b) de mesure peut comporter une sous-étape de détermination d’une valeur de vitesse du premier bloc rocheux relativement au deuxième bloc rocheux, ou d’une valeur de distance parcourue par le premier bloc rocheux relativement au deuxième bloc rocheux. L’invention a aussi pour objet, selon un deuxième aspect, un dispositif de stabilisation d’un système de faille comportant un premier bloc rocheux et un deuxième bloc rocheux définissant entre eux une faille, ledit dispositif comportant : - une unité de contrôle de configurée pour recevoir une consigne de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille, ladite consigne de déplacement étant déterminée de sorte que si un déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux conforme à ladite consigne est produit, l’énergie accumulée dans ledit système de faille est progressivement libérée ; - un dispositif de mesure configuré pour mesurer, selon une fréquence prédéterminée, une valeur de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille, ladite unité de contrôle étant configurée pour générer un signal de commande de pression d’un fluide par application d’une loi de commande et à partir d’une erreur de déplacement correspondant à la différence entre la consigne de déplacement et la valeur de déplacement mesurée ; et - un dispositif d’injection configuré pour injecter ou pomper un fluide dans ladite faille ou à proximité de ladite faille dudit système de faille, selon le signal de commande de pression. Selon un exemple de réalisation, la loi de commande peut être déterminée à partir d’un modèle mathématique représentant le système de faille et prenant en compte des incertitudes liées à des perturbations dudit système de faille, ledit modèle mathématique prenant la forme suivante : où et sont des matrices constantes représentant la partie nominale du système de faille, est un vecteur d’état représentant le déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux, est un vecteur des entrées du modèle représentant le signal de commande de pression, est une matrice représentant des incertitudes liées à l’influence dudit signal de commande de pression à la friction, est une fonction comportant des incertitudes liées à la friction, à la position et la géométrie de la faille, à des propriétés élastiques, visqueuses et inélastiques des blocs rocheux, et à la dépendance du système de faille à des phénomènes multiphysiques et multiéchelles qui ne sont pas pris en compte dans la partie nominale dudit modèle mathématique. Selon un autre exemple de réalisation l’unité de contrôle peut comporter un observateur d’état configuré pour estimer le vecteur d’état dudit modèle mathématique à partir d’une mesure de la valeur de déplacement du premier bloc rocheux par rapport au deuxième bloc rocheux dudit système de faille par le dispositif de mesure. Selon un mode de réalisation, le dispositif peut comporter une pluralité de dispositifs d’injection et une pluralité de dispositifs de mesure. Selon un exemple, l’unité de contrôle peut être configurée pour générer un signal de commande de pression d’un fluide pour chaque dispositif d’injection de ladite pluralité de dispositifs d’injection de sorte que les valeurs de déplacement du premier bloc rocheux mesurées par la pluralité de dispositifs de mesure sont sensiblement égales à la consigne de déplacement. Selon un autre exemple, pouvant être complémentaire de l’exemple décrit précédemment, l’unité de contrôle peut être configurée, pour générer un signal de commande de pression d’un fluide pour chaque dispositif d’injection de ladite pluralité de dispositifs d’injection de sorte que la moyenne des valeurs de déplacement mesurées par la pluralité de dispositifs de mesure est sensiblement égale à la consigne de déplacement. Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle peut être configurée pour calibrer la consigne en fonction de limitations techniques du dispositif d’injection de fluide. En effet, la commande de pression de fluide est limitée par la capacité du dispositif d’injection de fluide. Par exemple, si une consigne de déplacement requiert une commande de pression de fluide trop important au vue de la capacité du dispositif d’injection de fluide, l’unité de contrôle peut fournir une nouvelle consigne en fonction de ces limites technologiques. Cela est d’autant plus intéressant dans le cas où la consigne est une distance. En effet, l’unité de contrôle peut être configurée pour estimer un durée minimal d’atteinte de la consigne en fonction des capacités du dispositif d’injection de fluide. Brève description des figures On va maintenant poursuivre l’exposé de l’invention par la description d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la représente schématiquement un système de faille comportant un premier bloc rocheux et un deuxième bloc rocheux définissant une faille dans lequel est installé un dispositif d’asservissement selon l’invention, et - la représente l’architecture du dispositif d’asservissement de la . Procédé de stabilisation d’un système de faille (1) comportant un premier bloc rocheux (2) et un deuxième bloc rocheux (4) définissant entre eux une faille (6), ledit procédé comportant les étapes successives suivantes : a) fourniture d’une consigne (D) de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1), ladite consigne (D) de déplacement étant déterminée de sorte que si un déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) conforme à ladite consigne (D) est produit, l’énergie accumulée dans ledit système de faille (1) est progressivement libérée ; b) mesure d’une valeur de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1); c) génération d’un signal (U) de commande de pression d’un fluide par application d’une loi de commande et à partir d’une erreur (e d ) de déplacement correspondant à la différence entre la consigne (D) de déplacement et la valeur de déplacement mesurée ; d) injection ou pompage d’un fluide dans ladite faille (6) ou à proximité de ladite faille (6) dudit système de faille (1), selon le signal (U) de commande de pression ; et e) répétition des étapes b) de mesure, c) de génération et d) d’injection, à une fréquence prédéterminée. Procédé de stabilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’il comporte en outre une étape de détermination de ladite loi de commande à partir d’un modèle mathématique représentant le système de faille (1) et prenant en compte des incertitudes liées à des perturbations dudit système de faille (1), ledit modèle mathématique prenant la forme suivante : où et sont des matrices constantes représentant la partie nominale du système de faille (1), est un vecteur d’état représentant le déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) en au moins un point de la faille (6), est un vecteur des entrées du modèle représentant le signal (U) de commande de pression, est une matrice représentant des incertitudes liées à l’influence dudit signal (U) de commande de pression à la friction, est une fonction comportant des incertitudes liées à la friction, à la position et la géométrie de la faille (6), à des propriétés élastiques, visqueuses et inélastiques des blocs rocheux (2, 4), et à la dépendance du système de faille (1) à des phénomènes multiphysiques et multiéchelles qui ne sont pas pris en compte dans la partie nominale dudit modèle mathématique. Procédé de stabilisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’étape de détermination de la loi de commande comporte une étape de détermination d’un paramètre de stabilité de ladite loi de commande, ladite loi de commande prenant la forme suivante : où est un coefficient prédéterminé influant sur la rapidité du système de faille (1), le paramètre de stabilité étant solution de l’équation de Riccati : où est un paramètre qui dépend d’un coefficient et de selon la formule et les conditions suivantes : avec où est la matrice identité et une matrice définie positive. Procédé d’identification du système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape d’estimation du vecteur d’état dudit modèle mathématique, par un observateur d’état, à partir d’une mesure de la valeur de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1). Procédé de stabilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l’étape b) de mesure comporte la détermination d’une valeur de vitesse du premier bloc rocheux (2) relativement au deuxième bloc rocheux (4), ou d’une valeur de distance parcourue par le premier bloc rocheux (2) relativement au deuxième bloc rocheux (4). Dispositif de stabilisation d’un système de faille comportant un premier bloc rocheux (2) et un deuxième bloc rocheux (4) définissant entre eux une faille (6), ledit dispositif comportant : - une unité de contrôle (16) de configurée pour recevoir une consigne (D) de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1), ladite consigne (D) de déplacement étant déterminée de sorte que si un déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) conforme à ladite consigne (D) est produit, l’énergie accumulée dans ledit système de faille (1) est progressivement libérée ; - un dispositif de mesure (14) configuré pour mesurer, selon une fréquence prédéterminée, une valeur de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1), ladite unité de contrôle étant configurée pour générer un signal (U) de commande de pression d’un fluide par application d’une loi de commande et à partir d’une erreur (e d ) de déplacement correspondant à la différence entre la consigne (D) de déplacement et la valeur de déplacement mesurée ; et - un dispositif d’injection (12) configuré pour injecter ou pomper un fluide dans ladite faille (6) ou à proximité de ladite faille (6) dudit système de faille (1), selon le signal (U) de commande de pression. Dispositif de stabilisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la loi de commande est déterminée à partir d’un modèle mathématique représentant le système de faille (1) et prenant en compte des incertitudes liées à des perturbations dudit système de faille (1), ledit modèle mathématique prenant la forme suivante : où et sont des matrices constantes représentant la partie nominale du système de faille (1), est un vecteur d’état représentant le déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) en au moins un point de la faille (6), est un vecteur des entrées du modèle représentant le signal (U) de commande de pression, est une matrice représentant des incertitudes liées à l’influence dudit signal (U) de commande de pression à la friction, est une fonction comportant des incertitudes liées à la friction, à la position et la géométrie de la faille (6), à des propriétés élastiques, visqueuses et inélastiques des blocs rocheux (2, 4), et à la dépendance du système de faille (1) à des phénomènes multiphysiques et multiéchelles qui ne sont pas pris en compte dans la partie nominale dudit modèle mathématique. Dispositif de stabilisation selon la revendication 7, caractérisé en ce l’unité de contrôle (16) comporte un observateur d’état configuré pour estimer le vecteur d’état dudit modèle mathématique à partir d’une mesure de la valeur de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) dudit système de faille (1) par le dispositif de mesure (14). Dispositif de stabilisation selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de dispositifs d’injection (12) et une pluralité de dispositifs de mesure (14), l’unité de contrôle (16) étant configurée pour générer un signal (U) de commande de pression d’un fluide pour chaque dispositif d’injection (12) de ladite pluralité de dispositifs d’injection (12) de sorte que les valeurs de déplacement du premier bloc rocheux (2) mesurées par la pluralité de dispositifs de mesure (14) sont sensiblement égales à la consigne (D) de déplacement. Dispositif de stabilisation selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de dispositifs d’injection (12) et une pluralité de dispositifs de mesure (14), l’unité de contrôle (16) étant configurée pour générer un signal (U) de commande de pression d’un fluide pour chaque dispositif d’injection (12) de ladite pluralité de dispositifs d’injection (12) de sorte que la moyenne des valeurs de déplacement du premier bloc rocheux (2) par rapport au deuxième bloc rocheux (4) mesurées par la pluralité de dispositifs de mesure (14) est sensiblement égale à la consigne (D) de déplacement.