Porosité sur échantillon de roche : intégration de la macroporosité

La mesure gravimétrique intègre un volume conséquent de roche où l’on retrouve la matrice, les fractures et les vides de tailles différentes. L’estimation de la densité et de la porosité apparente tient compte de toutes ces structures. Ainsi, comme nous l’avons discuté dans l’article précédent, la différence entre la densité apparente S2D et la densité estimée sur les échantillons de roche provient des échelles de mesure respectives.

Nous avions invoqué la présence de porosités de fractures ou de cavités inexplorées, vue par la gravimétrie mais absente des échantillons rocheux pour expliquer cette différence. Néanmoins la porosité matricielle macroscopique (quelques mm à quelques cm) peut aussi

129 être invoquée pour expliquer cette différence. Cette macroporosité est présente aussi dans les échantillons rocheux mais la méthode utilisée pour déterminer la porosité des échantillons (triple pesé) ne la prend pas en compte. Avec l’estimation par triple pesée sur échantillons, la roche aura tendance avoir une porosité plus faible que la porosité S2D car les vides matriciels macroscopiques (macroporosité) et les fractures ne sont pas pris en compte dans l’estimation du volume (Figure 6.9).

Figure 6.9: Volume mesuré sur un échantillon de roche en fonction de la méthode utilisée. Afin de vérifier la présence de vides matriciels macroscopiques ainsi que leurs incidences sur la porosité, nous recalculons la porosité à partir de la densité sur échantillons en considérant que le volume est tubulaire. Cette méthode de mesure de la masse volumique est moins précise que la méthode par triple pesée, elle a néanmoins l’avantage de prendre en compte les vides macroscopiques.

Porosité (%)

Triple pesée Volume

Mean STD Mean STD SEOUS 0 0 1 2 SEOUP 1 0 1 2 BESS0m 5 1 5 10 BESS-12m 15 7 12 7 BESS-23m 7 1 6 4 BESS_-41m 2 1 3 9 BESS_-58m 10 3 11 9

Table 6-3 : Résultat d’estimation de la porosité en fonction de la méthode utilisée pour les sites de SEOU et BESS. L’incertitude sur la valeur de porosité est déterminée à partir de l’écart type à la moyenne des résultats de porosité pour tous les échantillons d’une même profondeur.

D’un point de vue méthodologique, la triple pesée donne des précisions bien supérieures à la méthode de mesure des volumes. En effet, lors de la mesure des volumes, la géométrie de

130 macroscopiques matriciels. Pour les sites SEOU et BESS, les deux méthodes donnent des valeurs de porosité similaire aux erreurs près (Table 6-3). De plus l’incertitude sur les valeurs de porosité estimées à partir des mesures de volume est très forte. La présence de vides matriciels macroscopiques ne peut donc pas être estimée en comparant les deux méthodes d’estimation pour BESS et SEOU. Néanmoins, l’observation des échantillons sur les deux sites aux différentes profondeurs, ne montre pas la présence visuelle de macroporosité. Les variabilités de densité observées dans l’article ne sont donc probablement pas liées à la présence de vides matriciels macroscopiques. Le rôle des fractures dans cette variabilité reste donc d’actualité.

Si l’on suppose que les échantillons rocheux sont représentatifs des propriétés physiques de la matrice et du volume de vides macroscopique, la différence entre les porosités d’échantillons et la porosité S2D correspond à l’occupation des fractures dans le volume gravimétrique. La différence entre la porosité d’échantillons par triple pesée et celle par estimation du volume correspond à l’occupation de la macroporosité (Figure 6.9). Nous venons de voir que la macroporosité matricielle (mm à cm) n’est pas décelable dans les échantillons aux sites SEOU et BESS. Néanmoins nous pouvons appliquer cette hypothèse pour déterminer la proportion de porosité liée aux fractures. La porosité de fracture est la différence entre la porosité S2D et la porosité sur échantillons. Nous utilisons comme porosité d’échantillon, celle estimée par triple pesée car elle est plus précise. Ainsi, la proportion de porosité de fracture est mise en évidence (Table 6-4).

Site Depth (m) ^Fracture

dry (%) Proportion du total (%) S EO U 0 0.9 55 -33 BES S 0 9.1 59 -12 13.1 77 -23 0.1 1 -41 _ _ -53

131 La porosité liée aux fractures représente une part importante de la porosité totale au site SEOU. Elle correspond à 55% de la porosité totale sèche. Cette porosité secondaire est de 61 % et 77% pour les vingt premiers mètres du site BESS. Sous cette profondeur la proportion de porosité liée aux fractures devient négligeable.

Les valeurs négatives calculées sur la dernière section du site BESS sont liées à un échantillonnage très local de la roche à la profondeur -41 m. Dans cette zone, les parois de la cavité sont des coulées stalagmitiques. Le processus de formation de celle-ci laisse des vides sous les pellicules de calcite nouvellement formées ce qui augmente la porosité des coulées malgré une patine visuellement très dense. Ces coulées ne sont pas très épaisses (quelques mètres maximum) mais leur étendue dans cette zone ne permet pas d’atteindre l’encaissant rocheux par prélèvement direct. Les échantillons de roche prélevés à cette profondeur sont uniquement tirés de ces coulées ce qui introduit un biais important quant à la représentativité des valeurs de porosités des échantillons pour cette profondeur. La porosité des échantillons à cette profondeur est très probablement surévaluée par rapport à la porosité moyenne d’un volume équivalant au volume gravimétrique. Ainsi la moyenne des porosités des échantillons entre les deux profondeurs (-41 et -53 m) est supérieure à la porosité S2D. Il s’agit là d’un artéfact.

D’un point de vue général, la macroporosité matricielle (mm à cm) ne peut être distinguée de la microporosité matricielle (mm ou < mm) sur nos deux sites d’étude. Néanmoins, la porosité secondaire (i.e. fractures ou vide) représente une part importante de la porosité du milieu. Ces résultats mettent en lumière l’importance potentielle de la fracturation dans les processus hydrodynamiques de la zone non saturée de ces deux sites. Sur ces sites d’études, les fractures représentent des zones drainantes privilégiées de part leurs orientations à peu près verticales et leurs formes à peu près linéaires. Ainsi une forte proportion de fractures pourrait permettre un transfert facilité de l’eau au travers de la zone non saturée. La zone non saturée aux sites SEOU et BESS ne serait que peu capacitive et très transmissive. Ce raisonnement est en accord avec celui établi dans l’article où l’on notait une faible capacité de stockage dans la ZNS pour les sites SEOU et BESS. Néanmoins elle reste en désaccord avec la mesure RMP. Cela conforte l’hypothèse que le stock d’eau RMP tend à être une eau peu ou non mobilisable.