Les propriétés physiques

- La porosité par saturation à l’eau et les densités :

Les échantillons de calcaires jurassiques sont dans l’ensemble peu poreux, avec un maximum mesuré à 3,8 % pour les échantillons Ard 09 et 15 (Figure 2.25). Les échantillons des formations du Trias en revanche, ont des porosités moyennes à fortes, allant de 8,0 % pour Ard 07 jusqu’à 25 à 30% pour Ard 10a & b. La densité apparente suit une évolution linéaire avec la porosité, même si certains échantillons triasiques s’éloignent légèrement de la tendance définie par l’équation 2.1 (Figure 2.25a). Ce décalage est dû à la différence de densité des phases solides des deux types d’échantillons. En effet, lorsqu’on compare cette densité à la porosité des échantillons, on distingue deux groupes (Figure 2.25b) : 1) Les échantillons à la porosité inférieure à 15% et 2) les échantillons à porosité supérieure. Dans les deux groupes, l’augmentation de la porosité va de pair avec une augmentation de la densité des phases solides, mais avec une relation différentes. Les échantillons du groupe 1 ont une densité des phases solides à l’origine de 2,70 (Équation 2.2) alors que pour le second groupe elle est de 2,39 (Équation 2.3). Le groupe 2 est composé des échantillons Ard, 22, 23, 10a et b, qui sont les échantillons composés principalement de quartz et d’argiles, tandis que les autres échantillons ont tous une partie calcitique dans leur composition.

Figure 2.25 : a) densité apparente et b) densité des phases solides des échantillons de couverture en fonction de leur porosité.

𝑑_𝑎𝑝𝑝= −0,03 𝜙 + 2,71 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑅2= 0,967

Équation 2.1

𝑑_𝑝𝑠 = −0,01 𝜙 + 2,70 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑅2 = 0,883

Équation 2.2

Ces évolutions de la densité de la phase solide en fonction de la porosité pourraient être considérées comme indicatrice de la présence d’une porosité non connectée d’autant plus importante que la porosité connectée est faible. La densité de phase solide réelle serait alors de 2.8.

- La porosité mesurée par injection de mercure :

Les courbes de porosité par injection de mercure ont été séparées en fonction de l’âge des formations, en distinguant les échantillons triasiques et les échantillons jurassiques. Parmi les échantillons d’âge triasique, on distingue les échantillons des groupes 1 et 2 identifiés par la relation densité des phases solides et porosité. En effet, les échantillons du groupe 2, Ard 10 et 23 ont une famille de seuils d’accès restreinte à des diamètres très larges, supérieurs à 10 µm (Figure 2.26a). Les échantillons du groupe 1 ont des seuils d’accès plus petits, avec des injections qui démarrent à moins de 10 µm pour les échantillons 24 et 25, et à 1 µm pour l’échantillon Ard 21.

Pour les échantillons jurassiques, les seuils d’accès sont distribués sur toute la gamme de mesure (Figure 2.26b). Seuls les échantillons Ard 09 et Ard 14 ont une famille de seuils d’accès restreinte, avec des diamètres distribués autour de 0,01 et 0,02 µm respectivement. L’échantillon Ard 13 de brèche au cœur d’une zone de faille N-S, est l’échantillon le plus poreux, avec 9,2 %. A part cet échantillon la porosité totale des calcaires ne dépasse pas 5%, ce qui est en accord avec les mesures de porosité à l’eau.

Figure 2.26 : courbes de première injection de mercure : a) échantillons triasiques, b) échantillons jurassiques.

- Les conductivités thermiques et vitesses des ondes P :

La comparaison de la vitesse de propagation des ondes P et de la conductivité thermique ne montre pas de relation significative pour les différents échantillons. Excepté les échantillons Ard 10a et b, l’ensemble des échantillons ont des conductivités thermiques comprises entre 2,50 et 2,90 W.m-1.K-1 ce qui traduit une certaine homogénéité. En revanche, on observe de fortes variations des vitesses de propagation des ondes P, avec des valeurs variant de 2156 à 6187 m.s-1. L’ensemble des calcaires jurassiques ont des vitesses aux alentours de 6000 m.s-1, excepté Ard 31 dont les Vp sont plus faibles du fait de la présence de fractures. Les échantillons datés du Trias, avec une

composition plus quartzeuse, ont des Vp entre 3000 et 4000 m.s-1. Les deux échantillons de cette formation ayant une conductivité thermique plus faible sont ceux dont la granulométrie est sensiblement plus fine que celle des autres.

Figure 2.27 : vitesse de propagation des ondes P en fonction de la conductivité thermique des échantillons de couverture.

2.2.1.3. Synthèse

Les échantillons de couverture, ont été replacés sur une coupe synthétique selon la stratigraphie observée le long du chemin de la Côte pour ceux datés du Trias (Figure 2.28a) ; les échantillons de calcaires jurassiques ont été placés au sommet de la série marno-calcaire selon la succession décrite par Elmi (1967). Son épaisseur n’est cependant pas représentative de la série formant la montagne de Crussol qui atteint 50 à 100 m d’épaisseur (Debrand-Passard et al., 1984). Au sein de la série du Trias, les couches 4 et 5 décrites sur le chemin de la Côte ont été simplifiées en une seule, et les échantillons Ard 07 et 10 y ont été ajoutés en raison de leur similitude pétrographique. Les faciès marno-calcaire n’ayant pas été échantillonnés, ils représentent une lacune d’information dans ce log.

Figure 2.28 : a) log stratigraphique synthétique des échantillons de couverture, b) synthèse des caractéristiques pétrographiques observées en lames minces et des propriétés pétrophysiques mesurées.

Parmi les échantillons triasiques, deux groupes ont pu être identifiés à partir des valeurs de densités des phases solides et des courbes d’injection de mercure. D’un côté, le groupe 1 est formé des échantillons Ard 10, 22 et 23. Ces échantillons sont les échantillons les plus poreux, avec des valeurs de porosité comprises entre 15 et 25% et correspondent :

- au faciès fracturé à l’interface avec le socle pour l’échantillon Ard 22,

- au faciès gréseux peu consolidé, pour l’échantillon Ard 23, où la porosité inter-granulaire n’est pas colmatée par un ciment calcitique, contrairement aux échantillons Ard 24 et 25.

- au faciès argileux particulier de l’échantillon Ard 10 présent dans une zone de faille.

Cette porosité est caractérisée par des seuils d’accès très larges, supérieurs à 10 µm, avec une fraction de porosité non connectée observée comme le montre les variations des propriétés induites.

Les autres échantillons triasiques appartiennent au groupe 1 qui regroupe également tous les échantillons jurassiques. L’homogénéité relative des densités des phases solides est due à la présence du ciment calcitique dans les échantillons quartzo-feldspathiques qui donnent une densité similaire à celle des calcaires, mais plus forte que celle du groupe 2 (Équation 2.2). Les échantillons triasiques de ce groupe sont malgré tout relativement poreux, avec une porosité comprise entre 5 et 15 % pour des diamètres d’accès légèrement plus petits que ceux du groupe 1. En revanche, les échantillons de calcaire ont une porosité faible, ne dépassant pas 5%, excepté dans le cœur de faille altéré représenté par l’échantillon Ard 13. La densité des phases solides homogène des échantillons, traduisant une composition minéralogique similaire du point de vue des propriétés pétrophysiques, est également traduite par une conductivité thermique homogène au sein du groupe. Les vitesses des ondes P sont cependant plus fortes, du fait de la porosité plus faible, dans les échantillons calcaires par rapport aux échantillons silico-clastiques.

Finalement, sur l’ensemble de la pile sédimentaire étudiée, le potentiel de réservoir matriciel semble se localiser dans certains niveaux sédimentaires précis (en rouge, figure 2.28b) : les échantillons identifiés dans le groupe 1 et les cœurs de failles dans les calcaires jurassiques. Ainsi, dans les formations du Trias, les niveaux les plus poreux sont : 1) le banc fracturé qui repose directement sur le socle hercynien, 2) les niveaux gréseux non colmatés par des ciments calcitiques et les zones de failles

argilisées. Ces niveaux ont des porosités comprises entre 15 et 25%, ailleurs, la présence de ciment et/ou l’absence de fracturation diminue la porosité jusqu’à des valeurs comprises entre 5 et 15%. Dans les calcaires jurassiques, malgré la présence de nombreuses zones de failles et de fractures à l’affleurement, la porosité matricielle n’est développée que dans les cœurs de faille et ne se développent que peu dans les zones de fractures surincombantes. Pour appuyer ces conclusions, il reste toutefois à faire les mesures de perméabilité, afin notamment de prendre en compte l’influence des argiles qui peuvent diminuer la perméabilité malgré la forte porosité. Pour une caractérisation complète, les couches marno-calcaires, qui peuvent représenter une épaisseur importante devront également être pris en compte.