Cette étude vise à définir les caractéristiques des mouvements de terrain (ainsi que leurs mécanismes de déclenchement) rencontrés sur un versant où seuls des terrains houillers apparaissent (Houiller briançonnais de la rive droite de l'Arc en Maurienne). L'essentiel de l'étude est consitué par une analyse des conditions géologiques (lithologie, structure, fracturation, hydrogéologie) pouvant influer sur la stabilité des versants, ainsi qu'une description détaillée, à l'aide d'exemples, des différents mécanismes de déclenchement et de progression des mouvement!' gravitaires anciens. Il est montré qu'en raison de la densité de fracturation du massif, ce sont les ruptures de type circulaire qui prédominent. Toutes les données recueillies sur le terrain sont présentées soit à l'aide de cartes monographiques (par glissement), soit à l'aide de cartes analytiques générales: cartes des pentes, carte du réseau hydrographique et des sources, carte litholo: gique et structurale, carte des instabilités. Une carte synthétique essaie de rendre compte du degré de stabi lité des versants étudiés, préparant ainsi le dessin de cartes de type " risques naturels " .

L'étude géologique préliminaire de la retenue d'accumulation souterraine de Sidi -lfni (Anti -Atlas, Maroc), a été menée en considérant que la connaissance de l'organisation structurale régionale est fondamentale pour analyser les écoulements souterrains en milieu rocheux. Pour cela, les systèmes de décrochement qui ont façonné la région, ont été analysés; ainsi, ont été établies la genèse et la géométrie de ces décrochements. Les travaux de reconnaissances (sondages, essais Lugeon, mesures piezométriques ont permis de préciser l'importance de la notion de " maille de fracturation " en milieu rocheux fracturé. Il apparaît que les données de reconnaissance doivent toujours être interprétées en fonction de l'objet géologique considéré. La confrontation des cartes piezométriques et du schéma de répartition de la fracturation semble indiquer qu'il existe une relation claire entre la position de zones structurales de nature différente et la distribution de la perméabilité à l'échelle régionale. Quant au projet initial, les données acquises montrent qu'il était très optimiste quant à la possibilité d'accumuler ainsi, puis d'exploiter les volumes d'eau envisagés.

Le barrage de Sidi Boubecker, situé sur l'Oued El Kebir, dans le Nord de la Tunisie centrale, a été mis en eau depuis 1925. Depuis cette date le réservoir est en envasement progressif. Au bout de 56 ans de service, les sédiments ont atteint 14 mètres d 'épaisseur au pied de l'ouvrage occupant environ 55% de la capacité totale de la retenue. En plus de l'envasement, le fonctionnement du barrage est perturbé par les fuites apparues à l 'aval. L'étude du site, de la retenue et de leur environnement a permis : - la reconstitution des étapes de genèse de la fracturation dans le site à partir des différentes orientations du champ de contraintes principales régionales . - d'expliquer les fuites des barrages. - d'étudier les dépôts et mettre en évidence l'effet du biotope de la retenue sur leur évolution . (Cohésion et perméabilité) . - de tenter un essai de prévision des volumes déposés dans la retenue.

Ce travail concerne l'utilisation de la technique de Fracturation Hydraulique (FH) pour exploiter l'énergie géothermique des réservoirs profonds de roches sèches chaudes (HDR). La fracturation hydraulique est réalisée par injection de fluides géothermiques dans des réservoirs partiellement fracturés de faible perméabilité. Les fluides à haute pression sont destinés à faire évoluer les fissures et leur connectivité. Les valeurs de débit/pression auxquelles les fluides géothermiques doivent être pompés, ainsi que le calendrier de pompage pour initier la fracturation hydraulique, dépendent principalement des conditions géostatiques existantes (contraintes géostatiques, pression fluide et température initiales de l'HDR) ainsi que des propriétés des fissures de l'HDR (longueur, épaisseur, densité et distribution directionnelle initiales moyennes de fissures). Tous ces éléments, en sus de leurs effets sur la stabilité des forages, sont analysés dans cette recherche. Des modèles de fracturation, qui sont capables de suivre l'évolution des fissures dans toutes les orientations spatiales possibles, sont utilisés pour obtenir le tenseur anisotrope de perméabilité. Ces modèles sont intégrés dans un code domestique d'éléments finis qui est développé pour résoudre des problèmes aux limites thermo-poroélastiques. Pour supprimer/diminuer les oscillations qui accompagnent les solutions paraboliques et/ou hyperboliques lors de la convection forcée, plusieurs techniques de stabilisation ont dû être implémentées.

La formation des gisements métallogéniques en général et uranifères en particulier, dans les bassins paléoprotérozoïques, dépend de la migration des fluides riches en divers éléments (U, Cu, Fe, etc.). L’objet de cette thèse a été de définir le contexte tectonique, sédimentologique et diagénétique associées aux gisements bitume--‐uranium du bassin de Franceville. L’étude tectonique réalisée met en évidence des failles de transfert N180--‐170, héritées de la tectonique archéenne et des failles normales longitudinales N110--‐120. Ces deux familles de failles compartimentent le bassin de Franceville en plusieurs sous--‐bassins de subsidence variable. Les failles longitudinales N110--‐120° contrôlent la mise en place d’anticlinaux de mur et des synclinaux de toit synsédimentaires (i.e. discordances progressives). Les gisements d’uranium du bassin de Franceville, se localisent au niveau des anticlinaux de mur des failles normales. L’étude sédimentologique du bassin caractérise la distribution spatiale des paléoenvironnements de dépôt. Quatre grands environnements de dépôts sont respectivement mis en évidence : fluviatile (formation FA inferieur), deltaïque (formation FA moyen), tidal (formation FA Supérieur) et marin profond (formation FB). La distribution des facies sédimentaires à la transition FA--‐FB est responsable de la mise en place de barrières de perméabilité. Les barrières de perméabilité sont responsables de l’augmentation de la pression fluide, qui favorise la mise en place des structures de surpression fluide (dykes, stylolites, veines de quartz), au voisinage des anticlinaux de mur contrôlés par les failles normales. Les différences de pression dans le bassin favorisent la migration des fluides uranifères et des hydrocarbures, des zones profondes du bassin vers les anticlinaux de mur. Les structures de fracturation hydraulique vont contrôler la mise en place des bitumes et des minéralisations d’uranium associées. / Metallogenic deposits within paleproterozoic basins depend on generation and migration of fluids. The aim of this study is to provide a better understanding of tectonic, sedimentological and diagenetic setting of the uranium deposits in the Franceville basin and to characterize hydraulic fracturing impact on fluid migration processes in sandstone reservoirs.Tectonic study define the N180-170° transfer faults, associated with Archean tectonic and the N110-120° longitudinal normal faults. These two fault directions split the Franceville basin into small sub-basins. The longitudinal normal faults are associated with footwall anticlines and hanging wall synclines. The uranium deposits of Franceville basin are located in footwall anticlines of longitudinal normal faults.Sedimentological analysis allows to describe four depositional environments: Fluvial (lower FA), deltaic (middle FA), tidal (upper FA), and open marine environments (FB). Facies distribution in the FA-FB transition promotes the establishment of permeability barriers. These latter are responsible of the increase in fluid pressure and of the formation of fluid pressure structures (dykes, stylolites, quartz veins), in footwall anticlines of longitudinal normal faults. Increase in fluid pressure allows the migration of uranium-fluids, and hydrocarbon from the deep basin to the footwall anticline. Hydraulic fracturing processes lead the precipitation of uranium mineralization, associated with bitumen, in microfractures.

La calotte polaire Antarctique conditionne un flux d’eau douce dans l’océan Austral par deux voies d’égale importance : une injection immédiate et localisée par fonte des plateformes glaciaires, et une injection « offshore » et différée par production (« vêlage ») puis fonte d’icebergs. On estime ainsi que les icebergs, en fondant, pourraient modifier les caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques de la colonne d’eau. Les modèles numériques visant à estimer cet impact présentent des résultats contrastés. Ils sont limités dans leurs stratégies de représentations des icebergs, notamment parce que les connaissances sur la distribution spatiale et de taille des icebergs ou encore leurs mécanismes de perte de masse sont réduites. Une méthode récente exploitant des mesures par altimétrie satellitaire a permis la création d’une base de données cartographiant la distribution des icebergs Antarctiques avec une couverture spatiale et temporelle inédite. Notre analyse conjointe entre ces données et des champs de concentration en glace de mer met en lumière le transport d’eau douce injecté par les icebergs et son impact sur la banquise. On analyse également les liens entre icebergs de différentes tailles : les gros peuvent être vus comme des réservoirs de volume de glace, qu’ils diffusent dans tout l’océan en se fragmentant en petits icebergs de différentes tailles. On étudie alors l’évolution de deux icebergs géants, on propose une première paramétrisation du phénomène de fracturation et analyse la distribution de taille résultante. Ces résultats peuvent permettre une représentation plus réaliste du flux d'eau douce conditionné par les icebergs dans les modèles. / The Antarctic polar ice cap constrains a freshwater flaux into the Austral Ocean through two equally important pathways : a localized and immediate injection through the melting of ice-shelves bases, and a delayed offshore injection through the calving and subsequent melt of icebergs. Some studies reckon that melting icebergs have the capacity to alter the hydrological and biogeo-chemical characteristics of the water column. The numerical models trying to evaluate this impact have shown contrasting results. Yet, they might suffer from a poor representation of the icebergs, namely due to our limited knowledge on both the spatial and size distributions of the icebergs, or even the processes involved in their mass loss. A new method using satellite altimetry measurements has lead to the creation of a database mapping Antarctic icebergs distribution with an unprecedented spatial and temporal coverage. Our joint analysis between these data and sea ice concentration fields highlights a possible transport of the freshwater injected by an iceberg and its impacts on sea ice.We also analyze the links between icebergs of different sizes : the large ones can be seen as ice buffers that diffuse across the whole ocean when breaking into small fragments of various sizes. We finally study the evolution of two giant icebergs, suggest the first parametrization of the fragmentation process and analyze the subsequent size distribution of the fragments. These results can be valuable to account in a more realistic way the fresh water flux constrained by icebergs in models.

Les zones de failles concentrent la migration de fluides et la déformation dans la croûte supérieure. Les propriétés hydrauliques des formations argileuses en font des excellents sites de stockage et des roches mères performants. Les zones de failles peuvent jouer deux rôles contraires dans la circulation de fluides, soit elles s’expriment sous forme de drains, soit elles constituent une barrière, et souvent les deux rôles sont combinés au sein d’une même zone de failles. Les processus de migration des fluides dans les zones de failles affectant les argiles sont peu connus. Cette étude s’est focalisée sur la structure, les paléo-circulations, les circulations actuelles lors de tests d’injection et les propriétés pétro-physiques de la zone de failles présente dans le laboratoire de recherche souterrain de Tournemire dans les argilites Toarciennes. La structure de la zone de failles a été caractérisée par des forages et reconstituée en 3D par modélisation numérique, permettant de définir des faciès de déformation. L’architecture de la zone de failles se caractérise par une imbrication de facies de déformations plus ou moins intenses sans claire organisation en cœur et zone endommagée comme observée dans les roches plus dures. Les zones intactes, fracturées et les brèches sont respectivement caractérisées par des porosités matricielles comprises entre 9.5-13.5, 10-15 et 13-21%. La circulation de fluide se concentrant aux limites de la brèche et au niveau des zones de failles «immatures» ou secondaires comprises dans les zones fracturées. Lors de son activité, la zone de failles a déjà été affectée par au moins deux phases de circulations de fluides. / Fault zones concentrate fluids migration and deformations in the upper crust. The shale hydraulic properties make them excellent storage sites and hydrocarbon reservoirs/source rocks. Fault zones can play two roles in the fluid circulation; drains or barriers, in general, both roles are combined within the same fault zone. What are the conditions that promote the fluid circulation along the fault zones in shales and what are the fault zone impacts on the formation properties are relatively poorly explored key questions. This study focused on characterizing the relationships between fault architecture, paleo-fluid as well as current fluid circulations through the analysis of fault calcite mineralization, injection tests and petrophysical properties conducted on a fault zone outcropping underground in the Tournemire research laboratory nested in the Toarcian shale. The fault zone structure was characterized using boreholes data and reconstructed in 3D through modeling to define different deformation facies. No clear facies organization is observed, a fault core and a fault damage zone being difficult to define as it is in hard rocks. The intact, fractured and breccia facies are characterized by a porosity of 9.5-13.5, 10-15 and 13-21%. Large fluid flowrate concentrated along a few “channels” located at the breccia boundaries and in the secondary fault zones that displayed fractured facies and limited breccia fillings. Detailed microstructural and geochemical analysis at the breccia/fractured zones interface revealed that fluids circulated out of the main shear zones, in micro-more or less inherited fractures highlighting a decoupling between fault slip and fluid migrations.

L’analyse de la controverse sur le gaz de schiste en France et au Québec à un niveauintermédiaire (méso) permet de souligner les processus de construction et contestation sociale etpolitique des différents cadrages soutenus par les réseaux d’acteurs en concurrence. Lesdynamiques d’intéressement à l’intérieur et à l’extérieur de l’action publique illustrent lesmultiples scènes et forums dans lesquels se déploie la controverse. L’analyse de la construction dece problème public et ses diverses redéfinitions démontre le rôle central du cadrage politique descontroverses. Les solutions retenues définissent tout autant qu’elles tentent de réduire le risquerelatif à cette nouvelle industrie gazière (face à un risque cadré comme technologique en France,on observe un cadrage sur l’acceptabilité sociale au Québec). Il s’agit alors d’insisterparticulièrement sur la dimension procédurale de problématisation des enjeux au regard du recoursà la participation publique et à l’expertise scientifique. Les multiples acteurs de cette controversesont interrogés : les participants à la mobilisation sociale mais aussi les acteurs de l’industrie et desstructures politiques et administratives, afin de dresser la cartographie de leur position mais ausside leurs discours depuis les prémices de cette nouvelle activité industrielle d’exploration du gaz deschiste (2008) jusqu’aux derniers rebondissements politiques (2015). Cette recherche s’appuie surun corpus d’entretiens qualitatifs (40) mais aussi d’articles de presse écrite (2 400) ainsi que surl’analyse qualitative et quantitative des divers rapports et commissions de travail sur le gaz deschiste. / The analysis of the shale gas controversy in France and Quebec at an intermediate (meso)level stresses the social and political construction and dispute processes of the various framingssupported by contesting actors’ networks. “Interestment” dynamics both inside and outside publicpolicies show the multiple scenes and forums in which the controversy unfold. The analysis ofhow this public problem is built and its various redefinitions shows the core role of politicalframing of controversies. The solutions define as well as they reduce the risk related to this newindustry (a technological risk in France and a frame on social acceptability in Quebec). It is thenimportant to stress the procedural dimension of problematizing the stakes regarding publicparticipation and scientific expertise. This study questions the various actors of the controversy,those of social mobilization, the industry and the political and administrative structures, to mapboth their position and their discourses since the beginnings of the new industrial activity ofexploring for shale gas (2008) to the latest political developments (2015). This study is based on acorpus of qualitative interviews (40), press articles (2 400) and a qualitative and quantitativeanalysis of the various reports and committees on shale gas.

Le cadre général de la thèse concerne la valorisation sous forme de production d'énergie électrique de la chaleur présente à quelques kilomètres de profondeur (3 à 5 km), en général dans des milieux peu perméables et fracturés. Notre objectif principal est d'étudier le phénomène des microséismes induits relativement au refroidissement, en nous basant sur une expérience de terrain de longue durée, menée sur le site de Rosemanowes (Cornwall, UK). Pour cela nous avons procédé à la mise en place d'un outil de calcul, FRACAS, capable de simuler ce phénomène en introduisant une approche à double milieu thermique pour mieux simuler le refroidissement du réservoir dû à l'injection de fluide à long terme, responsable des nouveaux mécanismes de ruptures dus à la traction de la roche. Dans ce contexte nous avons introduit un nouvel algorithme pour prendre en compte les manifestations d'instabilités, un mécanisme de « stick-slip » avec prise en compte d'une friction statique et d'une friction dynamique. La possibilité d'induire des microséismes est ensuite étudiée à partir des données issues d'un site particulier, avec deux modèles 3D proposant des approches géométriques différentes, un modèle déterministe et un modèle stochastique, dont les propriétés géométriques et physiques ont été tirées des observations et travaux antérieurs effectués sur ce site de Rosemanowes. La simulation thermo-hydro-mécanique (THM) du modèle déterministe nous a permis de modéliser les échanges thermiques en régime transitoire dans le réservoir formé par le système de forages RH12/RH15 et d'estimer un ordre de grandeur des tractions d'origine thermique. Pour mieux étudier l'effet induit par la contraction des blocs de roche dans le temps nous utilisons le modèle 3D stochastique dont l'objectif principal est de simuler de façon plus réaliste la progression dans l'espace les ruptures en cisaillement. Avec ce modèle nous avons constaté l'apparition différée d'une activité et l'effet d'un cycle de pulses de pression, ce qui suggère un moyen d'atténuer les fortes magnitudes potentielles des ruptures en cisaillement dues au refroidissement. / The general framework of our research deals with the development of geothermal energy for electricity production using the heat stored in geological formations at depths ranging in 3 to 5 km, Generally the environment is poorly permeable and fractured. Our main objective is to study the phenomenon of induced micro-earthquakes in relation to the cooling of the rock. The work is based on field experiences including long duration tests, conducted on the Rosemanowes site (Cornwall, UK). For this, we proceeded to the development of a calculation tool, FRACAS, able to simulate this phenomenon by introducing a dual thermal approach to better simulate the cooling of the reservoir due to long term fluid injections, which might be responsible for new failure mechanisms due to the induced tractions. In this context, we introduced a new algorithm to describe shear in stabilities, a mechanism of "stick-slip" type with the consideration of static/dynamic friction coefficients. The possibility of inducing micro-seismicity is then studied using the in situ data base, with two 3D models offering different geometric approaches, a deterministic model and a stochastic model whose geometrical and physical properties were obtained from observations and previous work on this Rosemanowes site. The Thermo-Hydro-Mechanical (THM) simulation using the deterministic model has allowed us to calibrate the transient heat transfer in the reservoir formed by the drilling system RH12/RH15 and to give an estimate of tensile stress of thermal origin. To better study the effect induced by the contraction of the rock during time, we use the stochastic 3D model whose main objective is to simulate a more realistic spatial migration of shear ruptures. With this model we found a delayed onset of shear activity and discuss the effect of pressure step tests. The results suggest a way to mitigate the potential impact of shear ruptures due to cooling.

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.