Evolution de la r´esistance `a la rupture

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3.1 Etude exp´erimentale `a l’´echelle de l’´echantillon

3.1.5 Evolution de la r´esistance `a la rupture

3.1.5.1 R´esistance `a la rupture des ´echantillons `a l’´etat intact

Le tableau 3.7 regroupe les donn´ees de r´esistance `a la rupture des ´echantillons test´es `a l’´etat intact ainsi que leur porosit´e initiale et le niveau de confinement effectif de l’essai. Les

´echantillons pr´esentent un comportement g´eom´ecanique coh´erent : pour un mˆeme niveau de confinement, la r´esistance `a la rupture diminue avec l’augmentation de la porosit´e. Une roche de porosit´e donn´ee est en effet g´en´eralement plus r´esistante qu’une roche de mˆeme nature et de porosit´e plus ´elev´ee.

Echantillons´ Porosit´e Traitement pc p q par pes´ee acide (MPa) (MPa) (MPa)

B29 16,9% non 1 11,6 31,7

H12 18,1% non 1 10,4 28,3

B18 17,2% non 5 18,7 40,9

H1 17,9% non 5 17,1 36,3

B6 17,2% non 12,5 28,3 47,5

B12 18,0% non 12,5 27,4 44,2

B35 16,9% non 16 33,8 53,1

H42 18,2% non 16 29,9 41,5

B9 17,3% non 20 36,9 50,3

H15 18,1% non 20 36,2 48,2

Tableau 3.7 – Donn´ees `a la rupture des ´echantillons test´es `a l’´etat intact

0 5 10 15 20 25

Figure 3.22 – Donn´ees `a la rupture des ´echantillons intacts : (a) en fonction de la pression de confinement effective, (b) dans le plan p-q

La figure 3.22 reprend l’ensemble des points de rupture des ´echantillons intacts en fonction de la pression de confinement effective (a) et dans le plan p-q (b). La r´esistance `a la rupture

augmente avec la pression de confinement effective pour les essais conduits `a un niveau de confi-nement effectif inf´erieur `a 16 MPa, mais ce n’est plus le cas `a partir de 20 MPa de conficonfi-nement effectif. L’´echantillon H42 pr´esente une r´esistance `a la rupture nettement plus faible que celle de l’´echantillon B35 test´e au mˆeme niveau de confinement (cf. Tableau 3.5). Ses modules ´elastiques drain´es sont ´egalement faibles compar´es `a ceux des autres ´echantillons. L’essai correspondant a donc ´et´e doubl´e. L’´echantillon B26 de porosit´e initiale de 17,9% contre 18,2% pour l’´echantillon H42 a ´et´e s´electionn´e. Apr`es essai `a 16 MPa de pression de confinement effective, l’´echantillon B26 pr´esente une r´esistance `a la rupture effectivement plus ´elev´ee que celle de l’´echantillon H42 et plus en coh´erence avec la tendance observ´ee sur le jeu complet des ´echantillons test´es `a l’´etat intact (cf. Figure 3.23).

0 10 20 30 40

0 20 40 60

p’ (MPa)

q rupture (MPa)

B29 (16,9%) H12 (18,1%) B18 (17,2%) H1 (17,9%) B6 (17,2%) B12 (18,0%) B35 (16,9%) H42 (18,2%) B26 (17,9%) B9 (17,3%) H15 (18,1%)

Figure 3.23 – Donn´ees de r´esistance `a la rupture des ´echantillons intacts dans le plan p-q

La figure 3.24 pr´esente les courbes contrainte d´eviatorique-d´eformation axiale obtenues pen-dant la phase de chargement d´eviatorique pour les diff´erents niveaux de confinement test´es. La ligne droite repr´esente la partie ´elastique du comportement de mat´eriau lors de la mise en charge axiale apr`es le chargement hydrostatique. On observe un maximum de d´eviateur pour les essais conduits `a un niveau de confinement effectif inf´erieur ou ´egal `a 12,5 MPa. L’´echantillon soumis `a 20 MPa de pression de confinement effective pr´esente apr`es rupture plusieurs plans de rupture.

La rupture s’effectue sous l’effet du d´eveloppement d’une microfissuration homog`ene (”cala-clastic flow”) (Wong et al., 1997; Zhu et al., 2010). En conclusion, la rupture des ´echantillons est de nature fragile lorsque la pression de confinement effective est inf´erieure ou ´egale `a 12,5 MPa. La pression effective de 16 MPa semble ˆetre situ´ee dans la zone de transition et au del`a de 20 MPa, on observe une rupture ductile.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Figure 3.24 – Courbes contrainte d´eformation axiale obtenues pendant la phase de chargement d´eviatorique sur des ´echantillons test´es `a l’´etat intact

3.1.5.2 Evolution de la r´´ esistance `a la rupture sous l’effet de l’alt´eration chimique Le tableau 3.8 synth´etise les r´esultats des essais triaxiaux conduits sur le set initial de dix

´echantillons ayant subi une alt´eration chimique. Les ´echantillons alt´er´es de plus faible porosit´e sont globalement plus r´esistants que les ´echantillons alt´er´es de porosit´e plus ´elev´ee et suivent donc qualitativement la tendance naturelle de variation de la r´esistance `a la rupture en fonction de la porosit´e. N´eanmoins, les ´echantillons H34 et B31, respectivement soumis `a 3 et 6 cycles

de traitement acide, pr´esentent un ´ecart significatif de porosit´e finale, mais ont un niveau de r´esistance `a la rupture ´equivalent. Des essais suppl´ementaires sont donc n´ecessaires pour affiner cette analyse.

Echantillons´ Porosit´e Traitement Porosit´e pc p q initiale acide finale (MPa) (MPa) (MPa)

H34 17,3% 3 cycles 18,2% 1 7,8 20,4

B31 17,3% 6 cycles 19,0% 1 8,1 21,2

B13 17,8% 3 cycles 18,7% 5 16,0 32,5

H9 17,5% 6 cycles 19,5% 5 14,1 26,7

B16 17,6% 3 cycles 18,7% 12,5 25,3 38,6

B1 17,5% 6 cycles 19,2% 12,5 23,1 31,1

B34 17,4% 3 cycles 18,5% 16 28,5 37,2

B36 17,4% 6 cycles 19,5% 16 27,4 33,9

H17 17,7% 3 cycles 18,7% 20 32,8 37,8

H10 17,6% 6 cycles 19,5% 20 28,8 25,9

Tableau 3.8 – Donn´ees `a la rupture des ´echantillons test´es `a l’´etat alt´er´e

0 5 10 15 20 25

Figure 3.25 – ´Evolution de la r´esistance `a la rupture en fonction du niveau d’alt´eration et de la pression de confinement effective

Le niveau de confinement influence ´egalement le comportement `a la rupture des ´echantillons

`a l’´etat alt´er´e. Comme pour les ´echantillons intacts, la r´esistance `a la rupture des ´echantillons alt´er´es augmente avec le confinement pour une pression de confinement effective inf´erieure ou

´egale `a 12,5 MPa, le mode de rupture ´etant de type fragile. Au del`a de 20 MPa, la rupture est de type ductile et on observe une diminution significative de la r´esistance `a la rupture dans le cas des ´echantillons alt´er´es (cf. Figure 3.25).

La figure 3.26 compare dans le plan p-q les donn´ees `a la rupture de l’ensemble des

´echantillons intacts et alt´er´es. Les ´echantillons alt´er´es pr´esentent syst´ematiquement une r´esistance `a la rupture plus faible que ceux test´es `a l’´etat intact. Cette diminution peut ˆetre

imputable d’une part `a leur niveau de porosit´e plus ´elev´e et d’autre part `a l’effet de l’alt´eration

Figure 3.26 – Donn´ees `a la rupture des ´echantillons intacts et alt´er´es dans le plan p-q Les donn´ees de r´esistance `a la rupture des ´echantillons test´es apr`es 3 cycles et 6 cycles de traitement acide sous 1 MPa (H34 et B31) et 16 MPa (B34 et B36) de pression de confinement effective ´etant tr`es proches les unes des autres, deux essais suppl´ementaires ont ´et´e r´ealis´es `a ces deux niveaux de confinement. Les ´echantillons H20 et B32 qui poss`edent le mˆeme niveau de porosit´e initiale que les ´echantillons H34 et B36 ont ´et´e s´electionn´es et soumis respectivement

`a 3 et 6 cycles de traitement acide. Leurs porosit´es finales sont respectivement de 18,5% et 19,2%.

La r´esistance `a la rupture de l’´echantillon H20 test´e `a pc=1 MPa apr`es alt´eration chimique est significativement sup´erieure `a celle de l’´echantillon H34 alt´er´e et test´e dans les mˆemes condi-tions. Compar´e aux ´echantillon B29, H12 et B31 test´es ´egalement `a pc =1 MPa, l’´echantillon H20 s’inscrit dans la tendance d’´evolution de la r´esistance `a la rupture avec l’augmentation de la porosit´e (cf. Figure 3.26 et Tableau 3.9).

La r´esistance `a la rupture de l’´echantillon B32 est inf´erieure `a la r´esistance `a la rupture de l’´echantillon B36 alt´er´e et test´e dans les mˆemes conditions. L’´ecart de r´esistance `a la rupture entre les ´echantillons B32 alt´er´e `a 6 cycles et B34 `a trois cycles, tous deux test´es `a pc=16 MPa, est notamment plus coh´erent avec l’ensemble des donn´ees (cf. Figure 3.26 et Tableau 3.9). En consid´erant les donn´ees des ´echantillons suppl´ementaires H20 et B32, on obtient donc un jeu de donn´ees consistant. Les r´esultats divergents des ´echantillons H34 et B36 t´emoignent n´eanmoins d’une certaine variabilit´e des r´esultats.

Il s’agit `a pr´esent d’utiliser l’ensemble des r´esultats pour quantifier l’effet sp´ecifique de l’alt´eration chimique. La figure 3.27 donne la r´esistance `a la rupture de l’ensemble des

´echantillons intacts et alt´er´es en fonction de la porosit´e finale pour chaque niveau de

confi-nement effectif test´e. Selon la pression de conficonfi-nement effective consid´er´ee, on observe que la diminution de la r´esistance `a la rupture en fonction d’une porosit´e accrue s’incurve et donc s’in-tensifie plus ou moins avec le niveau d’alt´eration. Le changement de pente semble plus marqu´e pour les confinements plus ´elev´es. L’influence de l’alt´eration chimique serait alors plus sensible dans le cas d’une rupture de type ductile.

16 17 18 19 20

Figure 3.27 – Donn´ees de r´esistance `a la rupture des ´echantillons intacts et alt´er´es en fonction de la porosit´e finale

Des essais compl´ementaires sont indispensables pour confirmer les tendances observ´ees sur le premier jeu de donn´ees. Nous avons s´electionn´e de nouveaux ´echantillons destin´es `a ˆetre test´es `a l’´etat intact et `a l’´etat alt´er´e `a trois cycles et six cycles. Le choix de ces ´echantillons a ´et´e fait pour r´epondre `a deux objectifs : disposer de donn´ees `a l’´etat intact pour d’autres

porosit´es (H2 test´e `a pc =12,5 MPa, B26 test´e `a pc = 16 MPa et H19 test´e `a pc = 20 MPa) ; permettre la comparaison pour un niveau de porosit´e similaire entre des ´echantillons intacts et des ´echantillons alt´er´es `a 3 cycles de traitement acide et entre des ´echantillons alt´er´es `a 3 cycles de traitement acide et des ´echantillons alt´er´es `a 6 cycles de traitement acide.

Le tableau 3.9 reprend la liste des ´echantillons compl´ementaires, le traitement subi, les donn´ees `a la rupture et la r´ef´erence de l’´echantillon auquel on cherche `a comparer les r´esultats.

Echantillons´ Porosit´e Traitement Porosit´e pc p q Echantillons´ initiale acide finale (MPa) (MPa) (MPa) t´emoins

H20 17,6% 3 cycles 18,5% 1 8,9 23,4 H34

B30 17,1% 3 cycles 17,9% 5 17,1 36,5 H1

H2 16,4% 0 cycles 16,4% 12,5 30,9 54,9 B6, B12

H4 16,2% 3 cycles 17,0% 12,5 28,3 47,1 B6

B5 16,7% 6 cycles 18,7% 12,5 24,6 36,2 B16

B26 17,9% 0 cycles 17,9% 16 31,6 46,6 H42

B32 17,3% 6 cycles 19,2% 16 26,5 31,1 B36

H19 18,3% 0 cycles 18,3% 20 35,6 46,6 H15

B19 17,2% 3 cycles 18,2% 20 32,5 37,4 H15

H5 16,6% 6 cycles 18,5% 20 30,9 32,5 H17

Tableau 3.9 – Donn´ees `a la rupture des ´echantillons compl´ementaires

Pour pc = 5 MPa, l’´echantillon B30 alt´er´e `a 3 cycles de traitement acide a une r´esistance quasi identique `a celle de l’´echantillon H1 test´e `a l’´etat intact, ce qui confirme un effet dominant du niveau de porosit´e par rapport aux effets chimiques pour ce niveau de confinement associ´e

`a une rupture fragile (cf. Figure 3.28).

Pour pc= 12,5 MPa, l’´echantillon H2 test´e `a l’´etat intact et de porosit´e (16,4%) inf´erieure `a la moyenne confirme la tendance d’´evolution `a l’´etat intact. L’´echantillon B6 de porosit´e 17,2%

test´e `a l’´etat intact et l’´echantillon H4 de porosit´e (17,0%) test´e apr`es 3 cycles d’alt´eration pr´esentent un niveau de r´esistance `a la rupture similaire. Il en est de mˆeme pour l’´echantillon B5 de porosit´e 18,7% test´e apr`es 6 cycles d’alt´eration et l’´echantillon B16 de porosit´e 18,7%

test´e apr`es 3 cycles d’alt´eration. L’ensemble des donn´ees obtenues `a une pression de confinement effective de 12,5 MPa associ´ee `a une rupture fragile s’inscrit dans une mˆeme tendance, ce qui montre que les effets chimiques n’ont pas un effet significatif en comparaison de l’influence du niveau de porosit´e.

Pour pc = 16 MPa, l’´echantillon B26 de porosit´e 17,9% test´e `a l’´etat intact r´ehausse l´eg`erement la tendance d’´evolution de la r´esistance `a la rupture `a l’´etat intact. Les donn´ees

`a l’´etat alt´er´e ne semblent pas s’´eloigner significativement de cette tendance. Les effets chi-miques ne seraient donc pas significatifs `a ce niveau de confinement `a priori situ´e dan la zone de transition.

Pour pc = 20 MPa, l’´echantillon H19 test´e `a l’´etat intact s’inscrit dans la tendance d´efinie par les deux autres ´echantillons test´es `a l’´etat intact. L’´echantillon B19 de porosit´e (18,2%)

test´e apr`es 3 cycles d’alt´eration pr´esente une r´esistance `a la rupture nettement inf´erieure `a celle des ´echantillons H15 et H19 de niveau de porosit´e similaire test´e `a l’´etat intact. L’´echantillon H5 de porosit´e (18,5%) test´e apr`es 6 cycles d’alt´eration pr´esente une r´esistance `a la rupture inf´erieure `a celle des ´echantillons H17 et B19 de niveau de porosit´e similaire test´es apr`es 3 cycles d’alt´eration. A un niveau de confinement effectif de 20 MPa associ´e `a une rupture ductile, les r´esultats obtenus montrent une nette diminution de la r´esistance `a la rupture pour des

´echantillons de niveau de porosit´e similaire mais sousmis `a un degr´e d’alt´eration plus ´elev´e. Les effets chimiques jouent donc un rˆole significatif `a ce niveau de confinement.

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Figure 3.28 – R´esultats de r´esistance `a la rupture int´egrant les essais compl´ementaires

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