La compréhension des générations des fluides hydrocarbonés et aqueux, leur migration primaires et la génération des fractures qu’ils peuvent engendrer, est actuellement un enjeu scientifique majeur. En effet, ces processus mettent en jeu des mécanismes plus complexes qu’une simple circulation de fluides aux pores au sein de roches très faible perméables.
Les roches mères, pouvant aussi être appelées « shales », ont ainsi la particularité de i) être peu perméables, et de ce fait limiter la circulation des fluides (diagénétiques et hydrocarbonés) ce qui favorisera le développement des surpressions de fluides, et de ii) comporter une anisotropie naturelle, marquée par la stratification, souvent acquise lors du début de l’histoire géologique de la roche. Cette anisotropie modifie le comportement rhéologique de la roche en donnant notamment une résistance en tension plus forte suivant l’axe orthogonal à celle-ci. De plus, les roches mères génèrent leurs propres fluides : des fluides aqueux diagénétiques ainsi que des hydrocarbures. Or, nous avons vu dans ce chapitre que la génération des hydrocarbures lors de leur maturation engendrait différents modes de surpression de fluides, régulièrement associées au craquage thermique de l’huile puis du gaz, à l’augmentation volumique des solutions hydrocarbonées et à la compaction chimique. Les interactions entre ces différents fluides et la roche encaissante peuvent se matérialiser par des veines de calcite fibreuse souvent présentes dans les roches mères de type shale, plus communément appelées « beef ».
Au regard du grand intérêt fondamental et industriel que représentent ces objets géologiques, l’étude de ces veines a connu un regain d’intérêt depuis les deux dernières décennies. En effet, ces structures géologiques semblent être le reflet de mécanismes de paléo-fracturation hydrauliques naturelles dans des roches mères ayant générées des hydrocarbures. Ainsi, elles comportent un intérêt fondamental dans la compréhension de l’évolution et de la migration des fluides dans le temps. En effet, via l’utilisation de nombreux outils analytiques géochimiques, il est possible de remonter aux compositions des fluides ayant circulés et précipités dans ces fractures, leurs températures et leurs données de pression. De plus, ces veines sont aussi des marqueurs des paléo contraintes exercées au cours de l’enfouissement et de l’exhumation du bassin. Elles renferment donc un large spectre de données permettant de contraindre l’histoire du bassin sédimentaire. Outre cela, les beef représentent un enjeu considérable pour le monde industriel. Ils constituent des ruptures et contrastes rhéologiques pour les fluides au sein de ces roches et ils viennent complexifier les
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prévisions de fracabilité des roches lors de l’exploitation dite « non-conventionnelle ». Ainsi, l’appréhension de leur répartition spatiale et de leur morphologie 3D est en enjeu majeur.
Les mécanismes de formation des beef restent sujet à débat. Cobbold et al. (2007) proposèrent un mécanisme de formation par fracturation hydraulique uniquement assisté par les surpressions de fluides dans un milieu isotrope avec une ouverture de la fracture en tension. Or, la répartition mondiale de ces objets se focalise principalement dans les roches mères, en d’autres termes, dans un milieu fortement anisotrope. L’état de contrainte de la roche ne sera donc pas le même entre ces deux environnements.
Outre les zones matures, les facteurs contrôlant leur distribution spatiale sont à l’heure actuelle peu contraints. De plus, leur forme macroscopique dans l’espace n’est pas bien caractérisée. Aucune étude propose un modèle de la morphologie totale du beef. Leurs données de longueur et d’épaisseur restant vagues. D’un point de vue microscopiques, les beef furent décrits par de nombreux auteurs e.g. (Bons and Jessell, 1997; Hilgers and Urai, 2002b; Koehn et al., 2003). Néanmoins, chacun propose une morphologie et un mécanisme de scellement de la fracture différent. Ainsi, Rodrigues et al. (2009) argumentent une croissance antitaxiale avec systématiquement deux générations de calcite, tandis que Eberli et al. (2017) ainsi que Weger et al. (2018) suggèrent une croissance syntaxiale sans tenir compte du nombre de génération. Les auteurs, appuyant sur le rôle de la fracturation hydraulique comme principal mécanisme de la mise en place des beef, associent leur remplissage par le mécanisme de crack-seal (Ramsay, 1980). En revanche d’autres auteurs plaident en faveur du mécanisme de force de cristallisation suivi d’un mode de croissance des fibres continu (Li and Means, 1997; Means and Li, 2001; Taber, 1917). La mise en place de ces veines et les mécanismes invoqués pour leur croissance ne semblent donc pas faire consensus.
L’origine des fluides, permettant de précipiter la calcite des beef, varie aussi d’un auteur et d’un bassin à l’autre. Ainsi pour certains, les fluides évoluent dans un système fermé alors que pour d’autres ceux-ci se retrouvent plutôt en système ouvert. La datation de cet objet reste très floue, avec quelques modèles suggérés. De surcroit pour certain, leur mise en place se produit au cours de la méthanogénèse (Meng et al., 2017a), tandis que pour d’autres elle se place après l’entrée dans la fenêtre à huile (Hernández Bilbao, 2016), et d’autres encore argumentent une mise en place tardive au cours de l’exhumation (Fall and Ukar, 2016).
La formation de Vaca Muerta, située dans le bassin de Neuquén, offre un contexte géologique d’une grande qualité. En effet, les nombreux affleurements de la formation dans le bassin couplés à une végétation quasi inexistante offrent un cadre d’étude remarquable. De plus, nous disposons d’un set de données sur des carottes sédimentaires de Total. Cette roche mère, étant reconnue comme comportant un intérêt majeur pour l’exploitation des hydrocarbures non-conventionnels, a bénéficiée de nombreuses études dans les diverses
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spécialités géologiques permettant ainsi d’avoir un contexte général tectono-sédimentaire bien contraint dans son ensemble.
Après avoir défini le contexte géologique de cette zone d’étude dans la partie 2 de ce chapitre, nous organisons le manuscrit en quatre chapitres centrés sur les grandes problématiques abordées précédemment.
Chapitre I – Partie 2 – Contexte géologique du bassin de Neuquén et de la Fm de la Vaca Muerta
Chapitre I – Partie 2 – Contexte géologique du bassin de Neuquén et de la Fm de la Vaca Muerta 133