Dans de nombreuses régions du monde, d’immenses réserves gazéifères dites non conventionnelles sont piégées dans des roches faiblement perméables qui ne peuvent pas être exploitées par des méthodes de forage classiques. Bien que très controversée, la seule méthode d’exploitation de ces gisements repose actuellement sur la technique de fracturation hydraulique. Pour ces raisons, une collaboration de recherche a débuté en 2007 entre la société TOTAL et le Laboratoire de Génie Electrique de l’université de Pau (récemment devenu le laboratoire SIAME), visant à étudier l’opportunité d’utiliser la fracturation électrique comme solution alternative à la fracturation hydraulique. Cette méthode repose sur un procédé dynamique de fracturation de la roche par application d’une onde de pression créée suite à l’initiation d’un arc électrique dans un liquide. Ce travail, financé par TOTAL dans le cadre d’une bourse CIFRE, s’inscrit dans la continuité de travaux déjà engagés sur cette thématique et vise particulièrement à approfondir les connaissances concernant le cœur du procédé de fracturation : la décharge électrique dans l’eau et la caractérisation de l’onde de pression résultante. Dans cette optique, l’importance du circuit et des paramètres électriques de l’arc a été démontrée en termes d’injection de courant et de transfert de puissance. Une formule empirique permettant de prévoir la valeur de la pression dynamique a, par conséquent, été établie. Afin d’optimiser le rendement électro-acoustique, une étude spécifique a été menée sur l’effet du mode de rupture diélectrique du fluide. Ces travaux ont également permis de proposer des solutions concernant le contrôle de la dynamique de l’onde de pression. Enfin, les effets des propriétés thermodynamiques du fluide sur sa rigidité diélectrique, sur la consommation d’énergie, ainsi que sur la propagation de l’onde de pression ont été analysés afin d’établir une série de conclusions permettant d’optimiser le procédé. / Numerous parts of the world contain huge unconventional gas reserves which are located in low permeability rocks, and consequently, cannot be produced by classical drilling techniques. Besides its numerous detractors, the only currently available method to exploit these reservoirs relies on hydraulic fracturing. For these reasons, a research collaboration was started in 2007 between the Total Company and the Electrical Engineering Laboratory of Pau university (recently renamed SIAME Laboratory). The main goal was to study the potential concerning the use of the electrical fracturing technique as an alternative to hydraulic fracturing. This method is based on a dynamic rock fracturing process through the applying of a pressure wave enhanced by the generation of an electrical arc into a liquid. This work, which is financed by TOTAL through a CIFRE funding, follows the track initiated on this topic and mainly intends to improve the knowledge concerning the critical part of the fracturing process: the electrical discharge in water and the resulting pressure wave characterization. In this purpose, the importance of the circuit and of the arc electrical parameters was demonstrated in terms of current injection and power transfer. An empirical formula used to predict the dynamic pressure value has consequently been established. In order to optimize the electro acoustic efficiency, a specific study was performed on the liquid dielectric breakdown modus. This work allowed us to suggest new solutions concerning the dynamic pressure wave control. Finally, the fluid thermodynamic properties effects on its dielectric strength, on the energy consumption, and on the pressure wave propagation were analyzed in order to draw conclusions for the process optimization.

La valorisation des réservoirs gaziers compacts, dits Tight Gas Reservoirs (TGR), dont les découvertes sont importantes, permettrait d’augmenter significativement les ressources mondiales d’hydrocarbures. Dans l’objectif d’améliorer la production de ces types de réservoirs, nous avons mené une étude ayant pour but de parvenir à une meilleure compréhension de la relation entre l’endommagement et les propriétés de transport des géomatériaux. L’évolution de la microstructure d’éprouvettes qui ont été soumises préalablement à des chargements dynamiques est étudiée. Une estimation de leurs perméabilités avec l’endommagement est tout d’abord présentée à l’aide d’un modèle de pores parallèles couplant un écoulement de Poiseuille avec la diffusion de Knudsen. Nous avons ensuite mené des travaux expérimentaux afin d’estimer l’évolution de la perméabilité avec l’endommagement en relation avec l’évolution de la distribution de tailles de pores. Les mesures de perméabilité sont effectuées sur des cylindres en mortier similaire aux roches tight gas, soumis à une compression uniaxiale. La caractérisation des microstructures des mortiers endommagés est réalisée par porosimétrie par intrusion de mercure. Afin d’estimer l’évolution de la perméabilité, un nouveau modèle hiérarchique aléatoire est présenté. Les comparaisons avec les données expérimentales montrent la capacité de ce modèle à estimer non seulement les perméabilités apparentes et intrinsèques mais aussi leurs évolutions sous l’effet d’un chargement introduisant une évolution de la distribution de taille de pores. Ce modèle, ainsi que le dispositif expérimental employé, ont été étendus afin d’estimer à l’avenir les perméabilités relatives de mélanges gazeux. Le dernier chapitre présente une étude de l’adsorption de méthane dans différents milieux fracturés par chocs électriques. Les résultats, utiles pour l’estimation des ressources en place, ont montré que la fracturation permet de favoriser l’extraction du gaz initialement adsorbé. / The valorization of compact gas reservoirs, called tight gas reservoirs (TGR), whose discoveries are important, would significantly increase the global hydrocarbon resources. With the aim of improving the production of these types of gas, we have conducted a study to achieve a better understanding of the relationship between damage and the transport properties of geomaterials. The microstructure evolution of specimens, which were submitted beforehand to dynamic loading, has been investigated. An estimation of their permeability upon damage is first presented with the help of a bundle model of parallel capillaries coupling Poiseuille flow with Knudsen diffusion. Then, we have carried out an experimental work to estimate the permeability evolution upon damage in relation to the evolution of the pore size distribution in uniaxial compression. The measurements of permeability have been performed on mortar cylinders, designed to mimic typical tight rocks that can be found in tight gas reservoirs. Microstructural characterization of damaged mortars has been performed with the help of mercury intrusion porosimetry (MIP). To estimate the permeability evolution, a new random hierarchical model has been devised. The comparisons with the experimental data show the ability of this model to estimate not only the apparent and intrinsic permeabilities but also their evolutions under loading due to a change in the pore size distribution. This model and the experimental set up have been extended to estimate the relative permeabilities of gas mixtures in the future. The final chapter presents a study of the adsorption of methane on different porous media fractured by electrical shocks. The results, concerning the estimation of the in-place resources, have shown that fracturing can enhance the extraction of the initial amount of adsorbed gas.