Éprouvette EST20514-1, proximité immédiate de la paroi (0,10 m)

La carotte EST20514 est située à proximité immédiate de la surface de creusement du puits. Elle devrait présenter le plus fort endommagement potentiel d’après l’analyse du paragraphe 3.2.

La teneur en eau massique de cette éprouvette est de 6,49 %. En considérant les mêmes hypothèses appliquées ci-dessus, cette valeur de teneur en eau conduit à une porosité estimée à 17,2 % et un degré de saturation égale à 84 %.

Cet essai concerne l’éprouvette EST25014-1 situé à 0,10 m de la paroi du puits. L’essai a été réalisé avec un réservoir amont de grand volume comme pour l’essai de EST20512-3. Les fluctuations de la température ont été corrigées suivant la méthode présentée dans le chapitre 2.

Le chargement mécanique appliqué a été proche de celui du protocole expérimental, à savoir un chargement isotrope à 11 MPa puis un cycle chargement-déchargement bi-axial. En raison

d’une coupure électrique inopinée le palier de charge axiale à 28 MPa a été interrompu et l’état de contraintes est revenu à l’état de contraintes isotropes. L’éprouvette a ensuite été rechargée avec une pression axiale de 19 MPa mais une seconde coupure d’alimentation électrique a fait chuter la pression axiale à 15 MPa aussi dès le retour du courant électrique, l’éprouvette a été remise sous contraintes isotropes avec une pression de 11 MPa. La Figure

3-25 présente ce trajet de chargement chahuté. L’incrément de pression a été appliqué lors du

palier de contrainte isotrope et il a duré jusqu’à la fin d’essai.

56 58 60 62 64 66 68 0 5 10 15 20 25 30 35 Temps(j) P re s s io n d e g a z (B a r) 0 5 10 15 20 25 30 35 C o n tr a in te ( M P a ) P_am P_av P_axi P_lat 1 2 3 4 5

Figure 3-25 : Historique de chargement de l’éprouvette EST20514-1

Les résultats corrigés des fluctuations de la température montrent que la pression d’aval décroît comme lors de l’essai avec l’éprouvette EST20512-3. En raison de l’impossibilité de procéder à la détermination précise des valeurs de la perméabilité au gaz mesurée à cause de l’incertitude du flux parasite, il n’y a donc pas de possibilités de procéder à une synthèse des mesures lors du chargement. On pourra seulement signaler que pour cette éprouvette le flux parasite associé à la décroissance de la pression aval était de 0,0072 MPa.j-1 à la fin de la phase d’uniformisation. En considérant une variation de pression nulle à l’aval, cette faible valeur correspond à une perméabilité au gaz de 7.10-22 m². La seule conclusion possible est que la perméabilité au gaz de l’éprouvette devrait être au moins inférieure à 1.10-21 m².

3.3.1.7 Synthèse

Les valeurs de la perméabilité au gaz mesurée avec des éprouvettes à différentes distances de la paroi du puits et sous une contrainte isotrope sont regroupées dans le Tableau 3-8. Il apparaît que la valeur de la perméabilité au gaz mesurée des éprouvettes est assez faible, de l’ordre de 10-21 m² et qu’elles ne présentent pas une évolution claire en fonction de leur position respective in situ bien que le degré de saturation estimé diffère d’une carotte à l’autre. Ceci signifie que l’endommagement induit par l’excavation est relativement limité. Bien qu’in situ, une augmentation de plusieurs ordres de la perméabilité de l’eau ait été identifiée, la faible variation de la perméabilité au gaz mesurée est liée d’une part au degré de saturation élevé des éprouvettes et d’autre part à un état relativement intact des éprouvettes en raison de la contrainte isotrope appliquée. Cette dernière induit une compaction des

éprouvettes associée à une fermeture de défauts créés par l’endommagement mais aussi à la création de ponts liquides dans les pores et les fissures désaturés en raison du rapprochement et de la coalescence de films liquides à leurs parois. En combinant les résultats in situ, qui montrent que l’existence d’une zone désaturée fracturée jusqu’à au moins 0,45 m de la paroi et une zone endommagée saturée jusqu’à 0,95 m autour du puits, et les variations des valeurs mesurées, il est possible d’avancer qu’au-delà de 0,95 m il ne peut y avoir d’écoulement de gaz en phase gazeuse. Cette conclusion peut être étendue jusqu’à une distance de 0,45m en se fondant sur les mesures de saturation in situ.

Tableau 3-8 : Valeurs de la perméabilité au gaz mesurée pour des éprouvettes sous contraintes isotropes Erpouvette 20567-1 20567-2 20512-1 20512-2 20512-3 20514-1 Distance au puits [m] 12,45 12,51 0,45 0,52 0,59 0,10 Degré de saturation [%] 90 90 85 84 85 84 Contrainte [MPa] Pisotrope 9 11 11 11 11 11 kgaz [10-21 m²] 1,3 3 4,3 1 <2 <1

Les valeurs de perméabilité au gaz mesurée sont de l’ordre de 10-21 m2, ce qui est très proche de la limite de sensibilité du banc de mesure utilisé qui est d’environ 1.10-22 m². Les valeurs mesurées l’ont été avec des éprouvettes présentant un degré de saturation d’environ 90 %. Il est à noter que cette valeur de 1.10-21 m² est du même ordre grandeur que celle mesurée avec de l’eau à l’état saturé mesurée in situ. Cette équivalence de valeurs pour deux états très contrastés d’un point de vue théorique, puisque la perméabilité au gaz d’une éprouvette quasi- saturée devrait être très inférieure à celle mesurée avec le fluide de l’éprouvette saturée a conduit à s’interroger sur la représentativité des valeurs mesurées. Comme tout dispositif de mesure des très faibles perméabilités avec un écoulement uni-dimensionnel, des artefacts peuvent biaiser la valeur de perméabilité mesurée. Il s’agit des fuites qui sont censées être réduites, voire corrigées comme lors des mesures réalisées dans cette étude ou d’écoulements préférentiels en particulier au niveau de l’interface entre l’éprouvette et le matériau de confinement latéral. En l’occurrence, pour le dispositif expérimental utilisé, il s’agit de la jaquette épaisse en Viton®. La preuve d’une absence d’écoulement au niveau de cette interface est très délicate, voire impossible à apporter, mais un tel écoulement est très souvent suspecté. Pour le banc utilisé la seule vérification possible a été l’utilisation d’éprouvettes métalliques donc de perméabilité nulle pour mesurer le bruit de fond du dispositif (cf. chapitre 2). La transposition aux éprouvettes d’argilites n’est pas formellement possible en raison d’une possible différence de rugosité de la surface des éprouvettes et surtout du fait que la proche surface des éprouvettes a pu être endommagée lors du carottage et désaturée sur une certaine épaisseur, ce qui constituerait une zone à plus forte perméabilité que la masse de l’éprouvette quasi-saturé. La même problématique de représentativité se pose avec la mesure de la perméabilité par injection d’eau où d’une part la différence de composition chimique entre le fluide interstitiel et le fluide de mesure peut influencer la texture du matériau et d’autre part la possibilité d’une augmentation de l’ouverture des microfissures sous l’effet de la forte pression d’injection.

Pour ces différentes raisons, les valeurs mesurées doivent donc être considérées comme des valeurs liées à celles de la perméabilité au gaz in situ, mais pas les valerus in situ. De même les variations de perméabilité au gaz mesurées sont indirectement liées à celles in situ du fait de la forte contrainte isotrope imposée, 11 MPa, qui est équivalente à l’état de contraintes de

la formation non perturbée, mais qui peut avoir réduit les différences liées à l’endomma- gement et à la variation du tenseur des contraintes en fonction de la distance au puits.

Par ailleurs, les perméabilités au gaz mesurées des éprouvettes diminuent globalement lors d’un chargement axial et elles augmentent faiblement lors du déchargement, avec au retour aux conditions initiales de contraintes isotropes une irréversibilité de la perméabilité au gaz mesurée. La diminution de la perméabilité peut être expliquée par une compaction de l’éprouvette qui fermerait des microfissures et donc réduirait la porosité effective de l’éprouvette. L’augmentation lors du déchargement serait liée à une réouverture de certaines de ces microfissures. Tout comme pour la perméabilité au gaz mesurée sous contraintes isotropes, il n’est pas possible d’établir si cette réduction est liée à un comportement de la masse de l’éprouvette ou à une évolution du matériau au niveau des faces en contact avec les pierres poreuses en métal fritté qui subirait une compression, voire un poinçonnement en raison de l’absence de déformation latérale suite à la rugosité relative des pierres poreuses. Inversement, les mesures obtenues pour l’éprouvette EST20567-2 qui a été affecté d’une rupture sous compression sans variation significative, avant l’instant de la rupture, du flux s’écoulant entre les réservoirs montrent que sous le confinement appliqué, même dans le cas de fractures, la perméabilité au gaz ne présente pas une augmentation significative par rapport à un état intact. Ceci peut s’expliquer par la déformabilité du matériau au niveau des surfaces des fractures sous l’effet du fort confinement imposé qui réduirait l’écoulement potentiel du gaz dans les fractures.

En conclusion, les mesures de perméabilité au gaz effectuées avaient pour but de caractériser indirectement l’endommagement dans la zone proche du puits d’accès. L’écoulement potentiel du gaz est lié d’une part à une désaturation du massif et d’autre part à l’existence de microfissures créées par l’endommagement et qui ne seraient pas saturées par le fluide interstitiel. Les valeurs mesurées ne sont pas directement transposables au massif in situ en raison d’artefacts qui peuvent entacher leur représentativité (flux parasite, écoulement épidermique latéral) et surtout la valeur élevée de la contrainte isotrope imposée, 11 MPa, mais qui est nécessaire pour utiliser une pression de ligne élevée afin de mesurer de très faibles valeurs de perméabilité, 10-21 m² et en deçà. Ce niveau de contrainte isotrope a pu réduire le contraste entre les éprouvettes lié à l’endommagement. En tout état de cause, et s’appuyant sur le cas de l’éprouvette rompue, les valeurs de perméabilité au gaz mesurée montrent de très faibles variations entre les éprouvettes, ce qui sous-tendrait une faible extension de l’endommagement tel qu’il a été caractérisé par les mesures in situ. Les fortes augmentations de la perméabilité à l’eau mesurées in situ n’ont pas été identifiées, soit en raison de l’état quasi-saturé des éprouvettes, soit en raison de la fermeture des micro-fissures à l’origine de cette augmentation.