Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Un dispositif expérimental a été élaboré pour effectuer l'étude systématique d'un écoulement d'air en convection naturelle dans un canal plan ouvert. Les conditions aux limites imposent une densité de flux uniforme sur une paroi, la paroi en vis-à-vis est chauffée par rayonnement de la première. L'étude s'intéresse à l'influence du nombre de Rayleigh et du rapport d'allongement du canal sur l'apparition d'une alimentation du thermosiphon par la section de sortie.Cet écoulement inverse est visualisé par tomographie laser et quantifié par des profils de vitesse mesurés par vélocimétrie laser.
Actes de la SFT 2008
TOULOUSE, France

hal-00292639
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Geological storage of CO2 is one of diverse technologies being explored to reduce atmospheric carbon fromindustrial processes (i.e. fossil fuel combustion). One of the specific features of CO2 injection is the possibility ofgeochemical reactions (dissolution – precipitation) between mobile reactive brine (e.g. formation water enrichedin CO2) and the host rock during the spatial and temporal evolution of CO2. That leads to modifications in thepore structure, which in turn change the flow dynamics of the reservoir (e.g. the permeability k). Then, thesesstructural modifications can largely control the injectivity, so that the pressure field in the reservoir and also theCO2 propagation. Accordingly, it is crucial to explore the changes in the reservoir properties (e.g. structural andhydrodynamic) induced during a CO2 injection and specially the relationships between them (e.g. k or reactivesurface-Sr versus porosity-φ , k versus rock heterogeneity), for developing predictive modelling tools of thetransport and reaction processes occurring during a CO2 injection and reliable risk assessment. In the case ofcarbonate rocks, the application of the predictive models of transport and reaction is still challenging, because oftheir high heterogeneity so that the incertitude in the reaction kinetics of carbonate minerals.From this perspective, we realized brine-enriched in CO2 percolation experiments through carbonate rocksamples in thermodynamic conditions expected during CO2 injection in deep reservoirs (T = 100°C et P =12MPa). The permeability changes k(t) is monitored during the experiments and the porosity variationφ (t) iscalculated from chemical analyses of the sampled outlet fluids, using ICP-EAS. The pore structure modificationsare investigated from high resolution X ray micro tomography images acquired from the synchrotron ofGrenoble (ESRF). Depending to the dissolution regime, controlled by the reservoir rock fabric and the chemicalcomposition of the brine (e.g. PCO2), we observed that a modification of pore structure can either improve(atypical result in dissolution context) or impair the value of the permeability k.
Le stockage géologique du CO2 est l’une des diverses technologies étant explorées afin deréduire les émissions de carbone atmosphérique des processus industriels (i.e. combustion del’énergie fossile). L’une des spécifiques caractéristiques de l’injection du CO2 en profondeurreste la possibilité de réactions géochimiques (dissolution-précipitation) entre la saumureréactive mobile (e.g. eau de formation enrichie en CO2) et la roche encaissante durantl’évolution spatiale et temporelle du CO2, conduisant à des modifications dans la structure despores et par conséquent dans les propriétés d’écoulement du réservoir (e.g. la perméabilité k).Donc, ces changements structuraux peuvent largement contrôler l’injectivité, ainsi que lechamp de pression dans le réservoir et aussi la propagation du CO2. Il demeure ainsi cruciald’explorer les changement dans les propriétés de réservoirs (e.g. structurales ethydrodynamiques) induits durant une injection de CO2 et explicitement les relations existantesentre eux (e.g. k ou surface réactive-Sr versus porosité-φ , k versus hétérogénéité de la roche),afin de développer des outils de modélisation prédictive des processus de transport etréactionnels se produisant durant une injection de CO2 et d’évaluer de façon fiable les risques.Dans le cas des réservoirs carbonatés, l’application des modèles prédictifs de transport réactifdemeure toujours un enjeu, car contrainte par la forte hétérogénéité en leur sein ainsi que parl’incertitude dans la cinétique de réactions des minéraux carbonatés dans ce contexte. Danscette optique, nous avons réalisé des expériences de percolation à travers des échantillons deroches carbonatées dans les conditions thermodynamiques de stockage en profondeur (T =100°C et P =12 MPa). L’évolution de la perméabilité k(t) est suivie au cours desexpériences ; et la variation de la porosité φ (t) est calculée à partir des résultats d’analyseschimiques au ICP-AES des fluides de sortie échantillonnés. L’investigation des modificationsapportées à la structure des pores est réalisée par le biais de la Micro-Tomographie hauterésolution à rayon X, acquise au synchrotron de Grenoble (e.g. ESRF).Dépendant du régime de dissolution, contrôlé par la fabrique de la roche réservoir et lacomposition chimique de la saumuré chargée en CO2 (e.g. PCO2 engagée), on a observéqu’une modification de la structure de la roche peut soit améliorer soit détériorer (résultatatypique en contexte de dissolution) la valeur de la perméabilité k.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The heterogeneous nature and sometimes karstified carbonate environments has a direct impact on many environmental issues, such as coastal aquifers affected by saltwater intrusion. At the south of the island of Mallorca (Spain), the Llucmajor carbonate platform offers a privileged site for the study of such intrusions including the experimental site of Campos who meets the intrusion at shallow depth. The characterization of heterogeneous properties passes through a preliminary description of the properties of carbonate reservoirs, including those of the porosity. According to the wide range of sizes of heterogeneities from micrometer to hundreds of meters, the use of multiscale methods is required. This thesis focused on the determination of multiscale porosities from the microporosity to karstic porosity, and of relationships between observation scale changes of these properties. At the micron scale, high-resolution X-ray microtomography allows to extract the microporosity and the microporous network connectivity. At lower resolution (mm), X-ray tomography is also used to study the micro- and macro-porous network at the core scale which is already allocated to number of observations and measurements, including petrophysical. At the borehole scale, the wall images are used to identify the dissolved zones from centimeter macropores to plurimetric karstic cavities. At the larger scale, surface geophysics study the lateral extension of the karsts and heterogeneities. Finally, the porous structure of the studied site is integrated with its wide range of scales into the regional geology of the Llucmajor platform. Thus, the hydrogeophysical observatory set up on the site of Campos to monitor the spreading of salt water in the aquifer is integrated in its geological and petrophysical context, in order to refine the interpretation of its variations of salinity measurements during the time.
La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Joint inversions are now commonly used in Earth Sciences. They have been developed to better understand Earth structure since they provide more constraints on the inverted parameters. We propose a new process to simultaneously invert several data sets in order to better image 3-D crustal and upper mantle structures. Our inversion uses 3 kind of data which present a good complementarity : (1) P receiver functions to provide Moho depth variations, (2) teleseismic delay times of P waves to retrieve velocity anomalies in the crust and upper mantle, (3) gravity anomalies to image density variations at lithospheric scale. In our scheme, receiver functions are first inverted. The resulting Moho depths are then interpolated and incorporated as a priori information into the joint inversion of teleseismic delay times and gravity anomalies process. In our new approach, we perform a model space search for Moho variations, P-velocity and density structure to find acceptable fit to the three data sets. In order to preferentially sample the good data fit region, we chose the Neighborhood algorithm of Sambridge to optimistically survey the model space. We model the delay times with a 3-D raytracing using velocity nodes evenly spaced and linked with density nodes via a linear relationship. This relationship can evolve through depth, simulating its pressure dependance. We test our scheme on synthetic examples, and apply the method in a continental rifting region where deformation processes are complex and badly known. This joint inversion thus provides more constraints on the inverted parameters, and allows us to better image crust - mantle interactions in the case of the Hangai dome (Central Mongolia). Indeed, in this area, we expect an asthenospheric upwelling to dynamically support the topography, but we image a density - velocity anomaly in the lower crust. The effects on topography and the origin (composition vs. thermal) of this anomaly are still under debate.
Les inversions conjointes sont maintenant communément utilisées en Sciences de la Terre. Elles ont été développées afin d'améliorer notre connaissance et compréhension de la structure interne de la Terre puisqu'elles apportent de plus en plus de contraintes sur les paramètres inversés. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau processus d'inversion conjointe qui prend en compte trois paramètres différents et qui mène à l'obtention d'un modèle lithosphérique tridimensionnel. Notre méthode utilise trois types de données gravimétriques et sismologiques qui présentent une bonne complémentarité : (1) Les fonctions récepteur P afin d'obtenir les variations de profondeur du Moho, (2) les délais de temps d'arrivées P des téléséismes pour retrouver les anomalies de vitesse dans la croûte et le manteau supérieur, (3) les anomalies gravimétriques qui donnent accès aux variations de densité à l'échelle lithosphérique. Dans le schéma d'inversion proposé, nous inversons d'abord les fonctions récepteur. Les variations de profondeur du Moho qui en résultent sont alors interpolées puis incorporées comme information a priori dans le processus d'inversion conjointe gravimétrie - tomographie télésismique. Que ce soit pour les fonctions récepteur ou pour la partie conjointe, notre méthode d'inversion se base sur un algorithme de recherche afin de trouver la structure qui minimise l'écart aux trois types de données. Nous avons opté pour l'algorithme de voisinage qui présente l'avantage de concentrer sa recherche dans les régions qui minimisent l'écart aux données sans toutefois abandonner les autres régions afin de limiter les risques de convergence vers un minimum local. Nous utilisons un modèle 3-D constitué de noeuds de vitesse afin de modéliser les délais de temps. Ces noeuds de vitesse sont liés aux noeuds de densité grâce à une relation linéaire entre vitesse et densité. Cette relation peut évoluer avec la profondeur de manière à simuler les effets dus aux variations de pression. Nous avons réalisé plusieurs tests synthétiques afin d'évaluer le comportement de notre nouvelle méthode. Ils ont permis de montrer que les variations du Moho ainsi que les anomalies de vitesse et densité sont bien retrouvées. Ils ont également montré l'importance de la prise en compte de ces trois types de données dans un même schéma d'inversion, notamment en ce qui concerne la faculté de discerner les variations d'interfaces des anomalies volumiques. Nous avons ensuite appliqué la méthode dans une région continentale en phase de rifting où les processus de déformation sont complexes et mal connus. Notre nouvelle méthode a apporté davantage de contraintes sur les paramètres inversés et a permis d'obtenir un modèle correctement résolu de la croûte et du manteau supérieur sous le dôme de Hangai (Mongolie Centrale). Une anomalie asthénosphérique sous le dôme est souvent invoquée pour expliquer sa topographie élevée mais c'est une anomalie (en vitesse et densité) crustale (croûte inférieure) qui s'exprime dans nos modèles. Ses effets sur la topographie et son origine (compositionnelle et/ou thermique) sont encore débattus et nécessiteraient des études plus poussées (paramétriques, VP =VS, ...).
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Éditeur(s) : Université Nice Sophia Antipolis
Résumé : The Lesser Antilles is a case study of a very slow subduction (~2 cm/yr) of an old oceanic lithosphere (~84-100 Ma). The region presents a relatively low seismic activity, especially along the interplate contact, and the seismic hazard associated with a possible mega-thrust earthquake is still poorly known. This PhD thesis is a first step toward assessing the ability of the Lesser Antilles subduction zone to produce such a large subduction event. To do so, it aims at constraining the downdip width of the interplate's seismogenic zone. The lack of coverage of permanent seismological stations is a major limitation in the exploration of the Lesser Antilles subduction zone. It is due to the presence of only small aligned islands at far distances from the potentially seismogenic interplate area. Several oceanographic cruises were therefore planned that notably allowed the repeated deployment of ocean bottom seismometers; some of them being left for a few months of background seismicity recording. This thesis specifically focuses on two sets of wide-angle seismic data acquired offshore the Dominica and Martinique islands. From their analysis 3D and 2D tomographic models were produced respectively over the forearc region and across the whole subduction complex. These models constrain the plates' seismic structure as well as their geometry. They allow the discussion of how the imaged structures affect the subduction processes and give a first estimation of the downdip width of the seimogenic zone, defined as the segment of the interplate between the backstop and the upper plate's Moho. The joint interpretation of seismic models and earthquake localizations then refine this first assessment. Epicenter distribution from height months of seismic recording shows indeed that seismicity concentrates within the inner forearc region. The strong velocity gradient that characterize its basement suggests it is denser and more rigid than the more deformable outer forearc basement. The updip limit of the seismogenic zone could then lie arcward of the backstop at the contact of the interplate and the seaward end of the inner forearc crust. At depth, interplate earthquake mechanisms are observed between 35 and 45 km depth and interpreted to have occurred at the downdip limit of the seismogenic zone. The latter could reach a depth over 10,km deeper than the contact of the upper plate's Moho with the interplate, and therefore lie within the mantle wedge. All together, these results imply a large downdip width of the seismogenic zone (~70 km) offshore the Dominica and Martinique islands. Further work is, however, needed in order to fully comprehend the ability of the Lesser Antilles subduction zone to produce a possible mega-thrust earthquake. This would necessitate the evaluation of seismic coupling at the interplate contact and the possible segmentation of the seismogenic zone, for instance, due to the subduction of oceanic ridges.
Les Petites Antilles présentent un contexte géodynamique caractérisé par la subduction à très faible vitesse (~2 cm/an) d'une lithosphère océanique âgée (~84-100 Ma). L'activité sismique y est relativement faible, notamment à l'interplaque, où l'aléa sismique lié à un éventuel séisme de méga-chevauchement reste encore mal contraint. Cette thèse se veut être une première étape dans l'évaluation de la capacité de la zone de subduction des Petites Antilles à générer un tel évènement. Dans ce but, ces travaux tentent d'appréhender l'extension en profondeur du domaine sismogène de l'interplaque. Le manque de couverture des stations sismologiques permanentes est un inconvénient majeur dans l'exploration des Petites Antilles. Il s'explique en raison du peu de terres émergées et de leur éloignement de la zone potentiellement sismogène de l’interplaque. La région a donc fait l'objet de plusieurs campagnes océanographiques qui ont permis, notamment, le déploiement de sismomètres fond de mer (OBS); certains instruments étant restés immergés plusieurs mois afin de procéder à une écoute de la sismicité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse se sont focalisés sur deux jeux de données de sismique grand-angle acquis au large des îles de la Dominique et de la Martinique. Leur analyse a permis la construction de modèles tomographiques 3D et 2D respectivement à l'échelle de l'avant-arc et de l'ensemble de la subduction. Ces modèles renseignent sur la structure sismique des plaques en convergence ainsi que sur leur géométrie. Ils permettent de discuter le rôle de la structure dans le fonctionnement de la subduction et d’obtenir une première estimation de l'extension en profondeur de la zone sismogène en considérant la portion de l'interplaque comprise entre le butoir et le Moho de la plaque supérieure. Dans un second temps, l'interprétation conjointe des modèles tomographiques et des localisations des séismes locaux a permis d'affiner cette estimation. Huit mois d'enregistrement de la sismicité montrent en effet une concentration des épicentres dans la région interne de l’avant-arc. Celle-ci présente un socle épais, à fort gradient de vitesse interprété comme plus dense et rigide que le socle de la région externe de l'avant-arc, plus déformable. La limite amont de la zone sismogène pourrait donc se situer en retrait de la position du butoir au contact de l'interplaque et de la limite entre ces deux zones de l'avant-arc. En profondeur, des mécanismes interplaques sont observés entre 35 et 45 km et interprétés comme des marqueurs de la limite aval de la zone sismogène. Cette dernière pourrait donc atteindre une profondeur jusqu'à 10 km supérieure à la limite précédemment évoquée et se trouver, par conséquent, au contact du manteau lithosphérique. L'ensemble de ces résultats suggèrent une extension en profondeur de la zone sismogène (i.e une largeur) de près de 70 km face aux îles de la Dominique et de la Martinique. Ces travaux doivent cependant être poursuivis afin d’évaluer pleinement la capacité de la zone de subduction des Petites Antilles à générer un éventuel séisme de méga-chevauchement. Le taux de couplage à l'interplaque doit être précisé ainsi que sa possible segmentation en lien, par exemple, avec à l'entrée en subduction des rides océaniques.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/00172/28335/26628.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00172/28335/