Etude expérimentale de la conductivité thermique : application au forage EST205 du site Meuse Haute Marne (ANDRA)

devant le Jury: Maria ZAMORA ...................... Directrice de thèse Guy VASSEUR ....................... Rapporteur Yves GERAUD ....................... Rapporteur Patrick LEBON ..................... Examinateur Claude JAUPART .................... Examinateur Résumé: La caractérisation des propriétés thermiques des roches argileuses est fondamentale pour le stockage des déchets radioactifs, la géothermie ou l'exploration pétrolière. Cette thèse, consacrée à l'étude de la conductivité thermique des roches argileuses, avait pour objectif i) de mieux comprendre les effets des paramètres contrôlant cette grandeur, ii) d'étudier dans quelles conditions les mesures en laboratoire peuvent être extrapolées aux conditions du terrain, et iii) d'établir d'éventuelles relations entre la conductivité et des grandeurs plus facilement mesurables sur le terrain, comme la vitesse des ondes P et S. La conductivité thermique de 24 échantillons de marnes, de carbonates et d'argilites provenant du forage EST205 du site M/HM de l'ANDRA, et préalablement bien caractérisés, a été mesurée en régime stationnaire. Ce forage en conditions particulières permettant de préserver les argiles dans leur état non altéré, et pour lequel un grand nombre de diagraphies sont disponibles, est en effet idéal pour étudier les propriétés des roches argileuses et les comparer aux données acquises in situ. Les résultats montrent l'effet prépondérant de la microstructure (principalement le litage), laquelle conditionne l'importante anisotropie de conductivité observée sur les marnes et argilites. Pour l'ensemble des lithologies étudiées, il apparaît que la conductivité thermique est reliée aux vitesses acoustiques par une relation linéaire. L'utilisation conjointe de cette loi expérimentale et de la diagraphie d'onde P a permis d'établir une diagraphie synthétique de conductivité pour la totalité du forage EST205. Enfin, nous avons conçu et développé une méthode de mesure par aigulle chauffante, qui permet de mesurer l'évolution de la conductivité thermique en fonction de la température et de la saturation de la roche. Nous avons ainsi montré que, dans les carbonates et les grès, la conductivité thermique augmente quasi linéairement avec la saturation.