Étude de l'évolution hydromécanique d'un carbonate après altération chimique. Application des méthodes de corrélation d'images 2D et 3D à la mesure des champs locaux de déformation lors d'essais mécaniques à différentes échelles.

Devant le defi grandissant de diminuer la liberation dans l'atmosphere des gaz a effet de serre plusieurs solutions ont ete envisagees. Une des plus etudiee est le stockage geologique du CO2 par injection dans des aquiferes salins profonds. Ces structures geologiques sont presentes dans les bassins sedimentaires et se caracterisent par leur epaisseur (plusieurs centaines de metres) et leur etendue geographique (l'ensemble du bassin parisien, par exemple, pour la couche du Dogger). Le second interet de ces structures est que les roches carbonatees qui les composent sont generalement tres poreuses (10 a 30% de porosite) et presentent une permeabilite suffisamment elevee pour faciliter l'injection de fluides. Cependant, le comportement et l'evolution a long terme de ces reservoirs, apres l'injection de CO2 dans la saumure en place, est incertain. Aussi, la resistance mecanique et les proprietes d'ecoulement de ces roches sont etudiees pour realiser des modeles predictifs d'evolution, afin de garantir l'integrite et la perennite des sites de stockage. Le travail de cette these repose sur un protocole d'acidification retardee, developpe et utilise a l'IFPEN, permettant une alteration homogene d'echantillons de carbonates. Notre objectif a ete de determiner les effets de ce type d'alteration sur le comportement hydromecanique de la roche calcaire de Lavoux. La caracterisation des proprietes d'ecoulement de la roche a ete combinee a une etude microstructurale. Les parametres etudies sont la porosite et la permeabilite avant et apres alteration. Les resultats d'evolution de la permeabilite ont ete analyses en s'appuyant sur une methode de soustraction d'images de microtomographie RX, qui permet de visualiser la mobilite de particules fines au sein du reseau poreux. Ces dernieres sont aussi revelees a posteriori dans les effluents par diffraction laser. L'etude microstructurale de la roche apres alteration a permis la mise en evidence des mecanismes de dissolution et d'alteration. Le comportement mecanique de notre roche a differents stades d'alteration a ete etudie a l'aide d'essais triaxiaux classiques realises a differents etats de confinement. Ces essais ont montre que l'alteration induit une transition du domaine de rupture fragile vers le domaine de rupture ductile. Afin de mieux comprendre ce comportement, nous avons mene des essais mecaniques uniaxiaux avec observation et acquisition d'images numeriques " in-situ " : i) sur une presse electromecanique classique equipee de cameras CCD et de microscopie optique, ii) a l'aide d'un dispositif de compression miniaturise adapte a l'enceinte d'un microscope electronique a balayage. La technique de correlation d'images numeriques a pu etre appliquee tout au long du chargement mecanique a differentes echelles, depuis celle de l'echantillon, jusqu'a celle de la microstructure. Les mesures de champs de deformation ainsi realisees ont permis de mettre en evidence les modes d'endommagement et de rupture selon l'etat d'alteration. Une cellule triaxiale miniaturisee pour etre montee dans l'enceinte du microtomographe a specialement ete developpee a l'IFPEN pour cette etude. Cette cellule nous a permis de mener des essais a 5 et 10 MPa de confinement avec observation volumique " in-situ " par tomographie. Nous avons pu identifier pour trois etats d'alteration, trois types de comportements a la rupture, avec l'observation i) d'une bande de cisaillement en regime de rupture fragile, ii) d'une etroite bande de cisaillement en compaction, iii) d'une large bande de compaction en cisaillement. L'ensemble des resultats obtenus sur les proprietes mecaniques et sur les proprietes d'ecoulement (notamment la variation de permeabilite et la presence de fines dans le reseau poreux) tend a montrer que l'alteration affecte fortement la microporosite du calcaire, avec des consequences quant au comportement cisaillant compactant de notre roche.