Etude expérimentale des effets de la dissolution (ou de la précipitation) de minéraux sur les propriétés de transport des roches

devant le jury composé de : Etienne BROSSE ................... Examinateur Jesus CARRERA .................... Rapporteur Jean-Pierre DELHOMME ............. Examinateur Jérôme GAILLARDET ................ Examinateur Jean-Pierre GRATIER .............. Rapporteur Maria ZAMORA ..................... Directeur de thèse Résumé: L'un des principaux enjeux concernant le transport réactif dans les formations poreuses est aujourd'hui d'identifier, développer et tester des méthodes géophysiques capables de suivre, depuis la surface (et donc à l'échelle du terrain) les processus physicochimiques qui se produisent à l'intérieur de la roche. Dans cette étude, nous avons ainsi cherché à étoffer et à mieux comprendre les relations entre les réactions de dissolution et précipitation dans des roches de textures et de compositions minéralogiques variées et les changements que celles-ci provoquent sur les paramètres physiques (perméabilité et facteur de formation électrique essentiellement). A cet effet, après la mise au point d'un dispositif expérimental original adapté à l'étude d'échantillons de taille centimétrique à décimétrique, des expériences de percolation ont été menées sur des échantillons parfaitement caractérisés (sables calcaire et de Fontainebleau, carbonates) et avec des fluides de différentes compositions chimiques (sursaturés vis-à-vis de la calcite dans le cas de la précipitation et acidifiés par saturation en CO2 dans celui de la dissolution). La température, les pressions, le débit d'injection, les conductivités électriques du fluide et de la roche, l'alcalinité, le pH et la composition chimique du fluide ont été suivis tout au long de ces expériences et nous ont ainsi permis d'avoir accès en continu et en temps réel aux paramètres géochimiques (alcalinité et concentration en calcium du fluide sortant) et géophysiques (perméabilité, facteur de formation électrique, vitesse et atténuation des ondes sismiques P et S). Enfin les résultats obtenus en laboratoire sont en bon accord avec ceux obtenus à une échelle supérieure, plus proche des systèmes naturels, mais toujours dans des conditions expérimentales bien contrôlées, dans la carrière laboratoire du Mayet de Montagne (Massif Central ? France). Abstract One of the main challenge in the area of the reactive transport in porous rocks is nowadays to identify, develop and test geophysical methods being able to follow, from the surface (and hence at the field scale) the processes that occur inside the rock formation. In this study we have hence sawk to document and better understand the relationships between the dissolution and/or the precipitation of rocks with various textures and mineralogical compositions and the change in the physical parameters (permeability and electrical formation factor). To this end, percolation experiments have been carried out on very well characterized samples and with various injected fluids (oversaturated in calcite in the case of precipitation and rendered acidic by saturation with CO2 in the one of dissolution). The temperature, the pressions, the flow rate, the electrical fluid?s and rock?s conductivities, the alkalinity, the pH and the chemical composition of the outflow fluid have been followed, that enables us to have access all the experiment long and in real time both to geochemical (namely alkalinity and calcium?s concentrations) and to geophysical parameters (permeability and electrical formation factor). In addition, the results obtained in the laboratory at different scales (centimetric to decimetric) are in good agreement with the ones obtained at a larger scale in the laboratory carrier of the Mayet de Montagne (Massif Central ? France). ---------------------------------------------------------------------------------------------