Dans le Fossé Rhénan

Sizun, (1995) a mesuré certaines propriétés pétrophysiques (porosité à l’eau, perméabilité à l’azote) d’échantillons du forage EPS1 à Soultz-sous-Forêts (Figure 47).

Figure 47 : Mesures pétrophysiques des carottes de grès du Buntsandstein du forage EPS1. (Sizun, 1995). Nt : porosité, Ka et Kb : perméabilités mesurées parallèlement et perpendiculairement à la stratification.

Les valeurs de la porosité sont comprises entre 1,79 et 20,23% pour une valeur moyenne de 8,70%. La perméabilité varie entre de 0,04 et 227 mD, pour une valeur moyenne de 18 mD. La porosité et la perméabilité ne sont pas constantes dans une même unité lithostratigraphique (Figure 47). L’auteur explique ces variations par la présence de différents faciès pétrographiques : les grès à matrice argileuse, les grès propres, les grès à enrobages argileux et les grès silicifiés. Ils sont décrits plus précisément dans le chapitre IV.

Sizun a également mesuré la porosité et la perméabilité sur des échantillons d’autres forages de la région de Strasbourg, de la région de Soultz-sous-Forêts, et provenant

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d’affleurements des Vosges du Nord. Pour les séries supérieures du Buntsandstein, la valeur moyenne de la porosité est de 17,46 % (variant de 14,99 à 20,92 %) et la valeur moyenne de la perméabilité est de 113,68 mD (variant de 35 à 235 mD). Pour les séries moyennes du Buntsandstein, la valeur moyenne de la porosité est de 8,08 % (variant de 5,94 à 12,12 %). Pour les séries inférieures du Buntsandstein, la valeur moyenne de la porosité est de 6,49 % (variant de 4,41 à 8,58 %) et la valeur moyenne de la perméabilité est de 0,28 mD (variant de 0,05 à 0,50 mD). Pour l’ensemble des affleurements étudiés, la porosité moyenne est de 15,93 % (variant de 6,56 à 25,20 %), et la valeur de la perméabilité moyenne est de 511,48 mD (variant de 1,1 à 2900 mD). Ces variations pétrophysiques sont à nouveau expliquées par l’effet des faciès pétrographiques.

Pour des forages réalisés en Alsace, des valeurs de porosité ont pu être également déduites de mesures diagraphiques (log neutron, sonique,…) et de mesures directes sur carottes. Les résultats sont synthétisés dans le Tableau 2.

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Tableau 2 : Bilan des données pétrophysiques, obtenues par mesures directes sur carottes de forages ou par diagraphies de puits, des grès du Buntsandstein d'après les rapports de forages disponibles au Service Géologique Régional d’Alsace du BRGM

Forage Nom

X_Lambert2 Y_Lambert2 Buntsandstein

Porosité (%)

Perméabilité

Commentaire étendu étendu Top (m) Base (m) (mD)

Schweigouse/Moder 1 SHM 1 996794,64 2438742,21 1123,00 1146,8* 16-18 diagraphie 1128,50 1130,70 3 à 11 <0,1 carotte de Grès à Voltzia Marienbronn 101 MAR 101 1001687,25 2455128,91 784,00 901,00 moyenne : 21,6 grès Vosgien

Lipsheim 2 LIP 2 992324,91 2401319,55 1660,50 1815,00* moyenne : 6

Oberroedern 101 OBR 101 1012169,02 2450681,28 1751,00 1815,00* maximum : 18 ^{grès à Voltzia (1752-1766 m) - par} diagraphie

Schaeffersheim 101 SCS 101 992289,05 2395350,93 1454,50 1533*

1457,00 1484,00 <5 grès à Voltzia 1484,00 1509,00 <10 Couche Intermédiaires 1509,00 1532,00 maximum : 13 Conglomérat Principal Muntzenheim 1 MUM 1 982750,85 2356464,10 1601,00 1837,00

1640,00 1837,00 moyenne : 11 porosité de 4% à 19 % Mackenheim 1 MAM 1 989279,10 2366161,50 2029,00 2096,00* moyenne : 10 <1 carotté - porosité de 1 à 19% Binnenweg 1 bis ^{BWG 1}

bis ^{993894,71 2395807,37 1666,00 1822*}

1705,00 1727,00 10 à 11 diagraphie 1727,00 1761,00 8 diagraphie 1761,00 1822,00 6 à 8 diagraphie

Meistratzeim 2 MEI 2 986571,10 2396570,70 1336,00 1666,50 moyenne : 9 porosité de 4 à 18% - diagraphie Cronenbourg 1 GCR 1 997229,88 2413889,21 2701,00 3166,00 6 à 10 0,1 à <20 sur carotte

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Des données pétrophysiques sont également disponibles pour des formations décrites du côté allemand du Fossé Rhénan. Le forage Kraichgau 1002 (ordonnée : 3497465,00 – abscisse : 5447183,00 en coordonnées Gauss-Krüger) a été carotté en continu de 244 à 810 m de profondeur, dans la région de Karlsruhe (Allemagne). Des mesures de porosité et de perméabilité ont pour valeurs moyennes respectivement de 9,94 % (variant de 0,59 à 55 %) et 6,15 mD (variant de 0,001 à 263 mD) (Junghans, 2003).

Dans la partie Nord du fossé, des tests de perméabilité ont été effectués sur les séries du Rotligende (Bär et al., 2011). La perméabilité varie sur 6 ordres de grandeur, notamment à cause du caractère fracturé du réservoir.

Les données présentées ci-dessous concernent les modifications des propriétés de transfert matriciel des grès dans les zones d’influence des structures tectoniques. Une analyse pétrophysique de la faille de Bühl (champs de fracture de Guebwiller, Haut Rhin) (Surma et al., 2003) (Figure 48), permet de caractériser l’influence d’une faille et de la fracturation induite sur le transfert de fluides dans les Grès Vosgiens, juste sous le contact avec le Conglomérat Principal. Les porosités mesurées indiquent une valeur moyenne de 8,72% (variant de 7 à 12%) et les perméabilités mesurées indiquent une valeur moyenne de 38,6 mD (variant de 0,1 à 250,8 mD). Les perméabilités montrent de fortes anisotropies en fonction de l’orientation des mesures. Les valeurs de porosité et de perméabilité diminuent fortement dans le cœur de faille, alors qu’elles présentent des valeurs plus importantes en s’y éloignant.

Figure 48 : Porosités orientées sur des échantillons recouverts (r) et non recouverts (nr) de résine. Perméabilités dans les trois directions de l'espace (Surma et al., 2003)

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L’ensemble de cette étude conduit à proposer un modèle de circulation dans et autour de cette zone de faille (Figure 49).

Figure 49 : Modèle de circulation des fluides dans et autour de la faille normale de Bühl (Surma et al., 2003)

Les précipitations, marqueurs des paléocirculations de fluides, montrent que celles-ci se sont produites principalement dans les plans de failles et de fractures qui sont des conduits fortement anisotropes, chenalisant la circulation de fluide. Par contre, les fortes réductions de la porosité et de la perméabilité matricielle (3 ordres de grandeurs, Figure 48), tendent à réduire considérablement les transferts dans une direction perpendiculaire au plan de faille. Ainsi, la zone de faille peut avoir une double fonction : elle peut être un drain en laissant remonter les fluides parallèlement au plan de faille, et être une barrière en bloquant les transferts dans une direction perpendiculaire au plan de faille et en focalisant les circulations dans le toit de la faille.

L’ensemble de ces données montrent de grandes variations de porosité et de perméabilité dans les grès du Buntsandstein, qui dépendent de la profondeur, de la position dans la série sédimentaire, des faciès pétrographiques et de la proximité d’accidents structuraux majeurs. Enfin, il semble que les mesures effectuées sur des échantillons d’affleurement tendent à surestimer les propriétés pétrophysiques, par rapport aux données

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obtenues sur des échantillons de forages. Ces différents points sont repris et discutés en fonction des données acquises dans ce travail.