Le Buntsandstein, localisé dans le graben du Rhin supérieur, apparait comme une cible intéressante pour la géothermie, associant une formation argilo-gréseuse à l'anomalie thermique régionale. Cette étude vise à caractériser les propriétés pétrophysiques de ces grès ainsi que la fracturation les affectant, dans le but de fournir un modèle conceptuel de la formation qui servira de guide pour son exploitation futur. Les faciès sédimentaires sont composés par cinq faciès pétrographiques (grès propres, grès à enrobage argileux, grès à matrice argileuse, grès silicifiés et grès à ciment carbonaté), qui se répartissent dans des proportions variables et contrôlent une partie des propriétés pétrophysiques mesurées à l'échelle matricielle. La comparaison des données pétrophysiques, des données macroscopiques issues d'une analyse de gradients de température, des données de modélisation et de la fracturation permet de construire un modèle de circulation dans le réservoir. Ces analyses mettent en avant le rôle de la zone endommagée des zones de faille pour le transfert de fluides à grande échelle, mais aussi celui de deux faciès sédimentaires : les grès déposés dans un environnement de Playa Lake et fluvio-éolien. L'analyse de différents affleurements montre que la fracturation évolue en fonction de la situation dans la pile sédimentaire et en fonction de la situation par rapport aux accidents tectoniques majeures.

Pour effectuer des simulations d'écoulement diphasique dans les réservoirs fracturés, l'usage des modèles DFM entraîne des temps de calculs exorbitants. L'une des solutions envisageables est le recours aux modèles double milieu. Ces modèles nécessitent la détermination des dimensions du bloc équivalent et la mise à l'échelle des paramètres d'écoulement monophasique et diphasique. Concernant les paramètres d'écoulement monophasique, des méthodes de mise à l'échelle existantes ont déjà fait leur preuve. En contrepartie la mise à l'échelle des paramètres d'écoulement diphasique reste un sujet ouvert nécessitant l'identification de la nature des forces (capillaires, gravitaires ou visqueuses) contrôlant l'écoulement dans le réservoir. Dans le cadre de cette thèse, les formulations mathématiques et les modèles numériques liées à la simulation de type DFM et double milieu ont été explorés. Une étude bibliographique portant sur les méthodes existantes de mise à l'échelle a été développée. Une nouvelle méthode de détermination des dimensions du bloc équivalent (méthode OBS) a été mise en place. Une analyse dimensionnelle servant à identifier la nature des échanges matrice-fractures (capillaire ou visqueuses) lors d'un écoulement diphasique eau-huile, sans gravité, a été mise en place. Le nombre capillaire dérivé a été testé. Enfin, une méthodologie de mise l'échelle des paramètres équivalents double milieu a été mise en place. Cette méthodologie traite le cas d'un écoulement diphasique dans les réservoirs fracturés ayant un milieu matriciel hétérogène dans un contexte d'échanges matrice-fractures dominés par les effets visqueux. / In order to carry-out two phase flow simulations within naturally fractured reservoirs, using DFM models results in huge computational costs. Using dual medium models is one of the available alternative solutions. These models require identifying the equivalent bloc dimensions and upscaling single phase and two phase flow parameters. Available upcaling methods related to single phase parameters reached maturity. Otherwise, upscaling two phase flow parameters is still an open research topic requiring identifying the type of the forces controlling flow in the fractured reservoir (gravity, capillary forces, and viscous forces). During this PhD work, mathematical and numerical models related to DFM and dual medium simulations were explored. A study of the state of the art related to upscaling methods was done. A new and original method allowing determining the dual medium equivalent bloc dimensions (OBS method) was settled down. A dimensional analysis aiming at identifying the type of the forces controlling matrix-fracture exchanges (capillarity, viscous forces) in a water-oil two phase flow within naturally fractured reservoirs without gravity was settled down. The derived capillary number was tested. Finally, an equivalent two phase flow parameters upscaling workflow was also settled down. This workflow treats the particular case of a two phase flow in naturally fractured reservoirs with an heterogeneous matrix medium in a context of matrix-fracture exchanges ruled by viscous forces.

Le Buntsandstein, localisé dans le graben du Rhin supérieur, apparait comme une cible intéressante pour la géothermie, associant une formation argilo-gréseuse à l’anomalie thermique régionale. Cette étude vise à caractériser les propriétés pétrophysiques de ces grès ainsi que la fracturation les affectant, dans le but de fournir un modèle conceptuel de la formation qui servira de guide pour son exploitation futur. Les faciès sédimentaires sont composés par cinq faciès pétrographiques (grès propres, grès à enrobage argileux, grès à matrice argileuse, grès silicifiés et grès à ciment carbonaté), qui se répartissent dans des proportions variables et contrôlent une partie des propriétés pétrophysiques mesurées à l’échelle matricielle. La comparaison des données pétrophysiques, des données macroscopiques issues d’une analyse de gradients de température, des données de modélisation et de la fracturation permet de construire un modèle de circulation dans le réservoir. Ces analyses mettent en avant le rôle de la zone endommagée des zones de faille pour le transfert de fluides à grande échelle, mais aussi celui de deux faciès sédimentaires : les grès déposés dans un environnement de Playa Lake et fluvio-éolien. L’analyse de différents affleurements montre que la fracturation évolue en fonction de la situation dans la pile sédimentaire et en fonction de la situation par rapport aux accidents tectoniques majeures. / The Buntsandstein, located in the Upper Rhine Graben, appears to be an easy target forgeothermal exploitation, linking sandstone and clay with the regional thermal anomaly. This study aims at characterizing petrophysical characteristics of these sandstones as well as the fracturation affecting them, with the intention of providing a conceptual model of the formation which will act as guide for future exploitation. The sedimentary facies are composed by five petrographical facies (clean sandstones, sandstones with clayed coating, clay matrix sandstones, silicified sandstones and carbonated matrix sandstones) which split with variable proportions and control a part of petrophysical properties measured at matrix scale. The comparison between petrophysical data, macroscopic data from temperature gradient analysis, modelling data and fracturing, allows the building of a Buntsandstein Sandstones fluids circulation conceptual model. This analysis points the role of the damage zone of fault zones for fluids transfer at large scale, but also that of two sedimentary facies: marginal erg and Playa Lake. The analysis of different outcrops shows that the fracturation evolves according to the situation in the sedimentary pile and according to the situation in comparison with major tectonic accidents.