Resolving coupled physical processes in porous rocks: From linear quasi-static and dynamic phenomena to non-linear instabilities

La majorité des processus physiques sur Terre sont couplés. Un processus physique peut en induire un autre, ce qui est le cas d’une onde se propageant dans une roche poreuse saturée de fluide, ce qui induit un écoulement de fluide. Dans un milieu biphasique, l’interaction entre les phases solides et fluides conduit à des effets physiques qui ne sont pas observés dans un milieu monophasique. Ainsi, une description satisfaisante de systèmes physiques complexes nécessite un traitement particulier. L’application des théories décrivant les processus physiques couplés dans les roches poreuses fracturées est d’une grande importance dans les scénarios impliquant la séquestration géologique du CO2, l’élimination des déchets nucléaires, l’exploration et la production d’énergie géothermique et les hydrocarbures. Le développe- ment de méthodes géophysiques non invasives de détection et de surveillance de ces formations géologiques est crucial. La recherche scientifique vise à faire progresser la description quantitative et qualitative des processus physiques couplés dans les roches poreuses. Conformément à ces objectifs, les contributions présentées ici sont réparties dans quatre disciplines différentes : la micromécanique, la géophysique, la mécanique computationnelle et la poroélasticité computationnelle, et la théorie des instabilités non linéaires. Différentes méthodes analytiques et numériques sont utilisées pour résoudre la physique aux micro- et macro-échelles. Cela comprend l’étude des processus linéaires quasi-statiques et dynamiques. Ce travail de recherche contient également des résultats basés sur la théorie des processus physiques non linéaires. À l’échelle microscopique (ou à l’échelle des pores), une roche est constituée de grains, de pores et de fractures individuels. De petites déformations causées par une onde sismique se propageant à travers la roche induisent des gradients de pression dans les fractures conformes. En conséquence, un écoulement de fluide (app