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Le 18 décembre 2019

Soutenance de thèse de Michelle ALMAKARI

Réactivation Hydro-Mécanique d'une Faille Rate & State: Glissement, Sismicité et Évolution de Perméabilité.

Résumé de la thèse en français

Cette thèse est dédiée à l'étude de la réactivation de faille par injection de fluide, à l'aide d'un modèle hydro-mécanique de faille rate and state. Bien que les principaux mécanismes à l'origine de la réactivation de faille soient bien connus, différents aspects ne sont pas encore complètement explorés, ni compris. Dans la première partie de cette thèse, on explore le rôle du protocole d'injection (en particulier, la pression maximale et le taux de pression d'injection), ainsi que le rôle des paramètres de frottement sur le taux de sismicité et la distribution de magnitude, pour différents types de failles 2-D hétérogènes. On souligne d'abord une corrélation temporelle entre le taux de sismicité et le taux de pression de pore gouvernant la faille. On montre ensuite une dépendence du taux de sismicité ainsi que de la distribution des magnitudes sur les paramètres d'injection. Notamment, une compensation entre ces deux existe pour de grandes valeurs du taux de pression d'injection. Ce comportement ne peut pas être abordé par le taux de sismicité proposé par Dietrich (1994). En outre, on montre que les failles ayant un comportement de frottement plus stable présente un taux de sismicité et un moment sismique libéré plus faibles. Dans la dernière partie de cette étude, la variation de la diffusivité hydraulique au cours de l'injection de fluide avec l'accumulation du déplacement et la réduction de la contrainte normale effective sur la faille est abordée. Pour cela, on utilise des expériences d'injection (réalisées à l'échelle du laboratoire) sur un échantillon d'andésite, où la pression de pore est mesurée à deux endroits le long de la faille. En appliquant des méthodes d'inversion, on estime le meilleur modèle de diffusivité hydraulique et les incertitudes associés, pouvant expliquer les données expérimentales. Avec ces résultats, on peut étendre notre modèle hydro-mécanique, afin de pouvoir calculer la pression de pore, la diffusivité hydraulique et le déplacement accumulé sur la faille expérimentale.

Résumé de la thèse en anglais

This PhD thesis is dedicated to the study of injection induced fault reactivation using a coupled hydro-mechanical rate and state model of a fault. Even though the principal mechanisms behind induced fault reactivation are well known, different aspects are not yet fully explored, nor understood. In the first part of this thesis, we explore successively the role of the injection protocol (in particular, injection maximum pressure and injection pressure rate), and the fault frictional parameters on the rate of induced events and their magnitude content, for different heterogeneous 2-D fault configurations. We first point out a temporal correlation between the seismicity rate and the pore pressure rate governing the fault. We then show a dependence of the rate and magnitude content of the seismic events on the injection parameters, as well as the existence of an important trade-off between them, which could not be addressed using the Dietrich (1994)'s seismi- city rate model. Concerning the frictional parameters, we show that for the faults tested in this study, the ones having a more stable frictional behavior exhibit a lower induced seismicity rate and seismic moment released. In the last part of this study, the variation of the hydraulic diffusivity during fluid injection with shear slip and effective stress reduction is addressed. For this, we use laboratory injection experiments on an Andesite rock sample, during which the pore pressure was measured at two locations along the fault plane. In an inversion framework, we estimate the best model and the associated uncertainties of an effective diffusivity history that could explain the experimental data. Using this information, we could extend our hydro-mechanical model, which would allow the computation of pore pressure, diffusivity and slip changes along the experimental fault.

Titre anglais : Hydro-Mechanical Rate & State Fault Reactivation: Slip, Seismicity and Permeability Enhancement.
Date de soutenance : mercredi 18 décembre 2019 à h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech - 60 boulevard saint michel 75006 paris - a venir
Directeur de thèse : Hervé CHAURIS