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Caractérisation des surfaces de fractures naturelles par photogrammétrie numérique

¹ UMR CNRS 7566 G2R – Géologie et Gestion des Ressources Minérales et Energétiques, Univ. H. Poincaré Nancy 1, Faculté des Sciences, BP 239, 54506 Vandoeuvre les Nancy cedex. e-mail : judith.sausse{at}g2r.u-nancy.fr

Abstract

Les écoulements fluides dans les milieux rocheux à faible perméabilité de matrice dépendent fortement de la présence, de la géométrie et de l’organisation spatiale des fractures. Le problème principal posé par l’établissement de lois d’écoulement à l’intérieur d’une fracture est la caractérisation de l’ouverture caractéristique, « utile », « hydraulique » ou « mécanique ». Les discontinuités naturelles à toute échelle montrent en effet des rugosités et tortuosités non négligeables qui impliquent des distributions d’épaisseurs très variables à l’intérieur des plans de fractures. L’écoulement n’est plus forcément laminaire et peut présenter des hétérogénéités (chenalisations de fluide). Ce travail se propose donc d’apporter une contribution à la caractérisation des propriétés de transport des fractures par le biais d’une description de leur état de surface. Pour cela, la photogrammétrie numérique a été adaptée à l’étude de surfaces de fractures et comparée aux techniques classiques d’investigation de la rugosité (profilométrie). Cette technique utilise les principes de la stéréophotographie et permet de définir des modèles numériques de la surface des fractures à partir de deux prises de vue (stéréophotos). Les séries de profils XZ ou YZ qui peuvent en être déduit permettent le calcul des coefficients statistiques (JRC, Z₂) caractérisant la rugosité de surface. Les résultats de cette technique ont été confrontés à ceux obtenus par profilométrie mécanique pour plusieurs fractures échantillonnées dans le grès et le granite du forage carotté EPS1 de Soultzsous-Forêts (Bas-Rhin, France). Cette comparaison montre que cette nouvelle méthode d’acquisition des paramètres géométriques du plan de fracture possède une précision suffisante pour mettre en évidence les spécificités de surfaces de différentes fractures naturelles. La constitution d’une base de données pour des fractures apparaissant dans différents matériaux : grès et granites plus ou moins altérés s’avère simple et rapide et permet à partir de graphiques types (Z₂-tortuosité) de prédire l’évolution de la rugosité d’une surface de fracture en fonction de son altération et du matériau considéré.

Key Words: Photogrammétrie • Fractures naturelles • Rugosité

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