L'injection de vapeur lors de la production des bruts lourds par SAGD soumet les roches réservoirs (sables bitumineux non consolidés ou faiblement consolidés) à une élévation de température (jusqu'à 280°C). L'apport de fluide chaud augmente la pression de pore, dilate le squelette rocheux et le fluide interstitiel, ce qui modifie le champ de contrainte in situ. Le travail de thèse, à forte connotation expérimentale, vise à contribuer à la caractérisation mécanique et acoustique des réservoirs bitumineux sous différentes conditions de température, de contrainte et de saturation. Les travaux ont été effectués sur des échantillons de sables bitumineux Canadiens, mais également sur un matériau modèle, un sable reconstitué artificiellement cimenté. Plusieurs techniques expérimentales ont été mises en œuvre pour caractériser les matériaux utilisés : tomographie RX, microtomographie RX, cryomicroscopie, RMN, etc. Des essais ont ensuite été effectués dans une cellule oedométrique, une cellule pétroacoustique et également dans une cellule triaxiale dite haute température qui a été développée dans le cadre de cette thèse.Les divers essais de chargement mécanique et thermique dans cette thèse ont permis d'enrichir les connaissances sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sables bitumineux ainsi que celui des sables reconstitués. Les paramètres investigués ont été la dilatation thermique, la compressibilité sous chargement oedométrique et triaxial isotrope et la résistance au cisaillement. Les différentes mesures des propriétés acoustiques (vitesses Vp et Vs, atténuations et modules dynamiques) effectués sur les sables naturels et reconstitués ont montré l'importance des propriétés des fluides saturants, principalement de leur viscosité. Le bitume est un fluide viscoélastique avec une viscosité qui varie avec l'élévation de la température. Aux températures in situ, il se comporte comme un solide avec un module de cisaillement. L'approche théorique de Ciz et Shapiro (2007), permet de prendre en compte ce module de cisaillement du fluide visqueux et généralise l'équation de Biot Gassmann. Son utilisation a été validée sur nos essais. La modélisation prend en compte les aspect dispersifs et permet d'extrapoler aux fréquences sismiques des résultats acquis en laboratoire avec des fréquences ultrasonores. Les vitesses Vp et Vs diminuent avec le passage de la chambre de vapeur. Les variations sont faibles mais peuvent être identifiées par la sismique 4D

Au cours de ce dernier siècle, les exemples de liquéfactions occasionnées par les tremblements de terre sont très nombreux, et leurs conséquences sont responsables de plusieurs dégâts importants. Ainsi plusieurs pays se trouvent actuellement confrontés à ce problème et cherchent à améliorer la conception de leurs ouvrages vis à vis du séisme. De nombreux chercheurs ont mené des investigations dans ce sens, mettant en évidence les conditions responsables de la liquéfaction des sols. Le but des recherches menées dans le cadre de cette thèse, consistait à mettre en évidence, par des essais au laboratoire, l'influence des géotextiles sur la résistance à la liquéfaction et d'élucider les fonctions avec lesquelles le géotextile intervient sur cette dernière. Le premier chapitre de ce mémoire présente la définition de la liquéfaction et évoque les différents paramètres rentrant dans le processus de la liquéfaction. Le deuxième chapitre expose une méthode d'évaluation du potentiel de liquéfaction d'un site, par des essais in situ et des essais en laboratoire. Le troisième chapitre traite les différents moyens qui sont utilisés actuellement pour améliorer la résistance à la liquéfaction d'un site. Le quatrième chapitre est consacré essentiellement à la détermination des caractéristiques des sols renforcés par des géotextiles Le cinquième chapitre met en évidence l'influence du géotextile sur la résistance à la liquéfaction

L'injection de vapeur lors de la production des bruts lourds par SAGD soumet les roches réservoirs (sables bitumineux non consolidés ou faiblement consolidés) à une élévation de température (jusqu'à 280°C). L'apport de fluide chaud augmente la pression de pore, dilate le squelette rocheux et le fluide interstitiel, ce qui modifie le champ de contrainte in situ. Le travail de thèse, à forte connotation expérimentale, vise à contribuer à la caractérisation mécanique et acoustique des réservoirs bitumineux sous différentes conditions de température, de contrainte et de saturation. Les travaux ont été effectués sur des échantillons de sables bitumineux Canadiens, mais également sur un matériau modèle, un sable reconstitué artificiellement cimenté. Plusieurs techniques expérimentales ont été mises en œuvre pour caractériser les matériaux utilisés : tomographie RX, microtomographie RX, cryomicroscopie, RMN, etc. Des essais ont ensuite été effectués dans une cellule oedométrique, une cellule pétroacoustique et également dans une cellule triaxiale dite haute température qui a été développée dans le cadre de cette thèse.Les divers essais de chargement mécanique et thermique dans cette thèse ont permis d'enrichir les connaissances sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sables bitumineux ainsi que celui des sables reconstitués. Les paramètres investigués ont été la dilatation thermique, la compressibilité sous chargement oedométrique et triaxial isotrope et la résistance au cisaillement. Les différentes mesures des propriétés acoustiques (vitesses Vp et Vs, atténuations et modules dynamiques) effectués sur les sables naturels et reconstitués ont montré l'importance des propriétés des fluides saturants, principalement de leur viscosité. Le bitume est un fluide viscoélastique avec une viscosité qui varie avec l'élévation de la température. Aux températures in situ, il se comporte comme un solide avec un module de cisaillement. L'approche théorique de Ciz et Shapiro (2007), permet de prendre en compte ce module de cisaillement du fluide visqueux et généralise l'équation de Biot Gassmann. Son utilisation a été validée sur nos essais. La modélisation prend en compte les aspect dispersifs et permet d'extrapoler aux fréquences sismiques des résultats acquis en laboratoire avec des fréquences ultrasonores. Les vitesses Vp et Vs diminuent avec le passage de la chambre de vapeur. Les variations sont faibles mais peuvent être identifiées par la sismique 4D / The steam assisted gravity drainage (SAGD) has been successfully used to enhance the recovery of heavy oil in Western Canada and Eastern Venezuela basins. Temperature, pressure and pore fluid variations during SAGD operations induce complex changes in the. properties of the heavy oil sand reservoir. This dissertation focuses on the geomechanical and acoustic behaviours of oil sand and how they change under various temperature, pressure and pore fluid conditions. Both natural oil sands samples and reconstituted samples were tested in this research program. Several experimental techniques have been used to characterize the materials including X-Ray tomography, X-ray microtomography, cryomicroscopy, NMR. Natural oil sands samples, characterized by high permeability, high porosity and an interlocked structure have been extracted from the estuarine McMurray Formation in Athabasca (Alberta, Canada). Reconstituted samples, made up of slightly cemented Fontainebleau sand, have been considered as possible analogues of the natural oil sands. Tests have been carried out in high pressure oedometer cells, in an isotropic pressure cell and in a new high temperature triaxial cell. The various geomechanical and thermal tests have been carried out to better understand the thermo-hydro-mechanical behaviour of natural oil sands and of reconstituted samples. The parameters investigated were the thermal dilatation, the bulk compressibility (under oedometric and isotropic loading) and the shear strength. The acoustic measurements (P and S-wave velocities, attenuations and dynamic modules, etc.) performed on natural oil sands and reconstituted samples showed the importance of the saturating fluids properties, mainly through viscosity. Bitumen has a viscoelastic behaviour with a non-negligible shear modulus that depends strongly on temperature and frequency and that allows shear wave propagation. The theoretical approach of Ciz and Shapiro (2007), that accounts for the effects of the shear modulus of the viscous fluid and generalizes the Biot – Gassmann equation, has been validated by our tests. The model takes into account the dispersive aspects and allows the results obtained in the laboratory with ultrasonic frequencies to be extrapolated to seismic frequencies. Velocities Vp and Vs decrease with the steam invasion. Changes are small but can be detected by 4D seismic

Entre 2013 et 2017, le projet d’oléoduc Énergie Est a été l’un des plus importants enjeux économique, politique et environnemental des années 2010. Initié pendant le gouvernement conservateur de Stephen Harper et annulé sous le gouvernement libéral de Justin Trudeau, c’est le plus ambitieux projet d’oléoduc de l’histoire du Canada. S’il n’a jamais traversé les provinces d’ouest en est, il est passé au travers de deux gouvernements fédéraux différents ayant leur discours environnemental propre. Or, avec la croissance soutenue de l’exploitation des sables bitumineux et l’édification de nouveaux oléoducs au pays, c’est à se demander si leurs discours sont réellement distincts. Pour réaliser cette étude du discours environnemental fédéral, il a fallu combiner l’analyse du discours avec un cadre théorique permettant de rendre compte de l’impact de l’exploitation des sables bitumineux sur le gouvernement à Ottawa. C’est ainsi que nous en sommes venus à une élaboration conceptuelle combinant une analyse de l’espace, de l’État et de l’histoire canadienne jointes à l’approche de l’analyse du discours. Le résultat de cette thèse est qu’il existe à la fois des similitudes et des dissemblances entre les discours des deux gouvernements. Malgré qu’ils s’amenaient au Parlement en se présentant comme une alternative environnementale sérieuse, les libéraux ont été contraints par des facteurs économiques et politiques hérités du précédent gouvernement conservateur lui-même influencé par une histoire économique canadienne particulière. Énergie Est est un cas éclairant sur la problématique du développement économique au temps des changements climatiques.

Ce mémoire propose un outil d'aide à la décision pour la gestion des parcs à résidus miniers sur une base annuelle. La compagnie Syncrude Canada utilise actuellement son propre simulateur de gestion des parcs à résidus miniers. M. Abdelkader Hammami a travaillé sur le sujet avec la compagnie Syncrude et ses travaux [13] ont servi de matériel de base pour la réalisation qe ce nouveau type de simulateur. L'approche développée au cours du mémoire fournit un cadre de référence des processus de gestion, de construction et de déposition en présence. Elle propose une méthodologie basée sur l'analyse de ces processus afin de dégager des scénarios pour la gestion des opérations. Les scénarios générés sont optimisés au niveau des contraintes opérationnelles et des influences sur l'environnen1ent. Les contraintes opérationnelles comprennent les capacités d'entreposage des bassins, les limites de transfeli des différents Inélanges entre ceux-ci et la qualité de l'eau recirculée au moulin. Le sujet est présenté de façon à faciliter la compréhension et .les interventions du planificateur au niveau de l'entrée des données pour produire les scénarios demandés. Le nouveau type de simulateur utilise l' optimiseur mathématique LINGO de concert avec le logiciel EXCEL pour guider le planificateur vers une solution optimale et en accord avec les opérations minières. Des exemples tirés d'hypothèses et de données fictives démontrent la flexibilité d'utilisation de cet outil d'aide à la décision à dégager des hypothèses de travail et à faciliter la planification des opérations au niveau des résidus miniers.

Une étude de performance et de faisabilité économique a été menée avec pour objectif d'évaluer la possibilité de substituer la dépendance envers le gaz naturel, actuellement la source principale d'énergie, par une source moins noble et disponible en abondance pour la récupération et la mise en oeuvre de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta. L'approche consiste à produire de l'énergie (chaleur et électricité) pour la récupération du bitume et de l'hydrogène essentiel pour les opérations d'hydrotraitement/hydrocraquage par l'intermédiaire d'une gazéification intégrée à un cycle combiné (IGCC) et dont l'alimentation est assumée par un combustible moins noble et moins coûteux que le gaz naturel. Il s'agit du coke de bitume qui est un sous-produit de cokéfaction. Dans cette étude, différentes configurations du complexe IGCC intégrant deux approches de capture /séquestration de CO2 ont été analysées. Dans la première, le CO2 est intercepté via un procédé Selexol d'absorption physique. Dans la seconde, le piégeage de CO2 est assuré par carbonatation minérale humide au moyen de saumures naturelles disponibles dans les aquifères avoisinants. Cette recherche consiste en l'analyse de l'efficacité énergétique d'une unité IGCC produisant 400 MW à partir de la gazéification du coke bitumineux et de l'évaluation des coûts de production de puissance, sous forme d'électricité et de chaleur, et d'hydrogène à partir d'une telle usine incluant des îlots de capture/séquestration de CO2.

Les polymères hydrosolubles sont utilisés dans diverses industries pour permettre la floculation, soit une séparation solide-liquide de particules présentes en suspension colloïdale. Afin de réduire les impacts environnementaux de l’exploitation des sables bitumineux en Alberta, l’industrie est à la recherche de nouveaux moyens et procédés pour traiter les résidus miniers permettant de séparer les matières solides et de récupérer l’eau. L’objectif des travaux présentés est d’améliorer la floculation, la densification et la déshydratation de ces résidus miniers aqueux par de nouveaux polymères synthétiques. Des homopolymères d’acrylamide de différentes masses molaires ont été synthétisés pour étudier l’influence de la masse molaire sur l’efficacité de floculation. Le taux initial de sédimentation (TIS) est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de floculation des différents polymères. Il a été possible de confirmer l’importance de la masse molaire sur l’efficacité de floculation et de déterminer une masse molaire minimale d’environ 6 MDa pour des polyacrylamides, afin d’obtenir l’efficacité de floculation maximale de suspensions colloïdales principalement composées de kaolin. Afin d’étudier l’effet des charges sur l’efficacité de floculation, des polymères anioniques et cationiques ont été synthétisés. Une série de copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique ont été synthétisés comme polymères anioniques et deux séries de copolymères ont été synthétisés comme polymères cationiques, soit des copolymères d’acrylamide et de chlorure de diallyldiméthylammonium et des copolymères de 4-vinyl pyridine et de 1-méthyl-4-vinyl pyridinium. Il a été démontré que les charges anioniques des polymères avaient peu d’influence sur l’efficacité de floculation et que leur comportement en présence de sels était différent de ce que prévoyait la littérature. Il a aussi été démontré que les charges cationiques des polymères n’améliorent pas l’efficacité de floculation. Par la suite, des séries de copolymères amphiphiles, avec des monomères d’acrylamide, de N-alkylacrylamides et d’acrylonitrile, ont été synthétisés, pour étudier l’effet du caractère amphiphile sur la déshydratation des résidus miniers. Le pourcentage de déshydratation nette est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de déshydratation des différents polymères. Il a été possible de développer des copolymères amphiphiles qui améliorent l’efficacité de déshydratation par rapport à des homopolymères d’acrylamide. Il ne fut pas possible de déterminer une tendance entre la balance hydrophile/hydrophobe des copolymères amphiphiles et l’efficacité de déshydratation. / Water soluble polymers are extensively used in industry to achieve solid-liquid separations of particles in colloidal suspensions. In a way to reduce the environmental footprint of the mining exploitation, the oil sands industry is searching for new methods to treat tailings resulting from the extraction processes, by separating the solids and recycling the water. The objective of this work is to improve the flocculation and dewatering efficiency of the water-based tailings through the use of new synthetic polymers. Acrylamide homopolymers of different molecular weights were synthetized to study the effect of molecular weight on flocculation efficiency. Initial settling rate (ISR) was the parameter measured to characterize and compare the flocculation efficiencies. The important effect of polymer molecular weight on the flocculation efficiency was confirmed. The minimum molecular weight of polyacrylamide for optimal flocculation efficiency of kaolin colloidal suspensions has been determined to be around 6.8 MDa. To study the effect of charge on flocculation efficiency, anionic and cationic copolymers were synthetized. Copolymers of acrylamide and acrylic acid have been synthetized to study the effect of anionic charge, whereas copolymers of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride and copolymers of 4-vinyl pyridine and 1-methyl-4-vinyl pyridinium have been synthetized to study the effect of cationic charge. Anionic copolymers have shown limited effect on the flocculation efficiency and their behaviour in salt solution was revealed to be different than expected from the literature. Cationic copolymers have shown no improvement in the flocculation efficiency. Amphiphilic copolymers were synthetized with acrylamide, N-alkylacrylamides and acrylonitrile monomers to study the effect of amphiphilicity on the dewatering efficiency of tailings. The net water release parameter was measured to compare the dewatering efficiency of the polymers. Amphiphilic copolymers that improve tailings’ dewatering, compared to polyacrylamide, were developed. Thus far, it was not possible to define a trend between hydrophilic/hydrophobic balance and dewatering efficiency of the copolymers.

Le SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) est un procédé de récupération des huiles lourdes qui remporte énormément de succès, en particulier pour le bitume. Le SAGD génère des interactions complexes entre la géomécanique et les écoulements polyphasiques en milieux poreux. Dans ce procédé, l'injection de vapeur modifie la pression et de la température dans le réservoir, ce qui peut augmenter ou diminuer les contraintes effectives dans le réservoir. La quantification de l'état de contrainte et déformation dans le réservoir est essentielle pour effectuer un bon pronostic de la productivité du réservoir, pour vérifier l'intégrité de la couverture et les risques de fracturation hydraulique, et également pour interpréter correctement la sismique 4D en termes d'évolution de la chambre de vapeur. Dans le procédé SAGD, les effets géomécaniques de l'injection de vapeur dans le réservoir sont liés aux écoulements de fluide.. Le couplage réservoir-géomécanique est un sujet de recherche important. Pour effectuer ce type de simulation, une solution consiste à utiliser un simulateur en éléments finis pour décrire la géomécanique et un simulateur en volumes finis pour décrire les écoulements. Dans cette thèse, une simulation couplée thermo-hydro-mécanique du SAGD a été effectuée à l'aide du simulateur de réservoir PumaFlow et du simulateur de géomécanique Abaqus. Les principaux thèmes étudiés dans cette étude ont été (1) la stratégie de couplage, (2) la géométrie du système et (3) le type de maillage utilisé. Ce travail a été effectué sur des cas synthétiques.

Les grès d'Annot et leurs équivalents latéraux sont étudiés au niveau de leurs affleurements dans le SE des Alpes françaises ( Dôme de Barrot, Haute Tinée,Argentera, Lauzet, Annot..) la vallée de la Stura et Cuneo. Cette étude sédimentologique met en evidence des paléocourants et traite de paléogéographie.

Les aquifères superficiels du Massif armoricain constituent une partie non négligeable des réserves en eau de la Bretagne et comprennent les réseaux de fractures, les altérites et les accumulations sédimentaires tertiaires et quaternaires, avec en particulier les formations sableuses yprésiennes, mio-pliocènes et pléistocènes. La connaissance de la mise en place, de la géométrie et des connexions possibles entre ces divers types d'aquifères est devenue un enjeu capital, compte-tenu des problèmes environnementaux actuels. L'étude des aquifères superficiels du Massif armoricain, en dehors, des réseaux de fractures, apporte des éléments importants qui devront servir de documents de base à la caractérisation des paléogéographies tertiaires et quaternaires et à la recherche en hydrogéologie. La cartographie des altérites dans la région des Landes du Mené montre que les profils d'altération peuvent être préservés sur des superficies plus importantes que ce qui était proposé jusqu'à présent (plusieurs dizaines de km2). Cette cartographie a également permis de mettre en évidence des mouvements relatifs le long de la faille Quessoy/Nort-sur-Erdre. La prolongation de cette cartographie à la région de Ploërmel, au sud des Landes du Mené, met en évidence le décapage progressif des altérites, phénomène interprété comme le résultat des transgressions marines oligocènes et/ou miocènes, ou comme le résultat de déformations encore mal contraintes. Dans ces régions, les altérites, principalement d'origine latéritique, et les silcrètes pédologiques qui les recouvrent localement, caractérisent la surface éocène. Un premier schéma de répartition des altérites a pu être construit à partir de la caractérisation de la surface éocène à l'échelle du Massif armoricain grâce au pointé des silcrètes décrites dans la littérature et de celles provenant de levés de terrain complémentaires. L'étude des formations sableuses a permis de montrer que : - les sables yprésiens, à Noirmoutier, correspondent à la migration de deltas de Gilbert dans un environnement lagunaire. Ces deltas sont surmontés par un corps sableux dont l'origine est encore mal contrainte ; - les sables mio-pliocènes, d'origine fluvio-estuarienne, ont été préservés dans un réseau de paléovallées durant deux cycles de variation du rapport A/S (Accomodation/Flux sédimentaire), suivant une tendance rétrogradante générale ; - les sables pléistocènes, à Pénestin, ont une origine fluvio-estuarienne et pourraient, au moins en partie, correspondre à une paléo-Loire.