Description

-Dans la première partie du cours, on verra comment définir d’une manière générale des propriétés physiques "moyennes" pour les assemblages hétérogènes et poreux que sont les roches. Différentes approches permettant d’analyser un milieu poreux et hétérogène seront développées.
-Dans une deuxième partie, on présentera en détail la mécanique de la rupture, l’endommagement et le comportement mécanique des différents types de roches dans des conditions crustales, et les couplages entre déformation et propriétés physiques. On s'intéresse d'abord aux concentrations de contrainte dans les géomatériaux en traitant en détail des cas simples : trou circulaire, trou elliptique, champ de contraintes autour d'une fissure. On aborde ensuite la mécanique de la rupture (critère de Griffith, modèle des ailes de fissures, critère de Mohr-Coulomb) et les résultats expérimentaux (milieux granulaires/fissurés, régime fragile, transition fragile-ductile, effet de l'eau, fluage). La confrontation de ces résultats avec la théorie amène à discuter des interactions de fissures et des contacts élastiques (Hertz). Une synthèse sur la friction dans les géomatériaux (lois de Byerlee, stick-slip, rate and state) est présenté ensuite.
-Dans les deux dernières parties du cours, on présentera successivement les propriétés électriques et acoustiques des roches, en insistant notamment sur les variations de ces propriétés avec la lithologie et les conditions in situ et les problèmes d’anisotropie.
Contenu des TD/TP :
-Exercices d’applications concrètes des notions vues en cours.
-Mise en œuvre de mesures des principales propriétés étudiées.
-Commentaire d’articles scientifiques à rédiger en anglais.

-The different methods used to calculate the average properties of heterogeneous media such as rocks wil first be presented.
-The second part of the course is dedicated to fracture mechanics, damage and rheol ogy of the main rock types in crustal conditions, and coupling between the physical properties and deformation. Stress concentration in geomaterials will be studied with various simple cases such as the circular and elliptical holes and the microcrack. We will then present Griffith’s theory of fracture, the wing crack model, as well as macroscopic criteria such as Mohr-Coulomb, and the experimental results (microcracked vs granular media, the brittle field, the brittle-ductile transition, water weakening, creep). Comparison between theory and models will lead to discuss microcrack interactions and elastic contacts (Hertz). This chapter will be concluded by a synthesis on friction in geomaterials (Byerlee’s law, stick-slip, rate and state).

-In the last parts of the course, we will present the electrical and acoustic properties of rocks, focussing on anisotropy, the variations with lithology, and in situ conditions.
Practicals:
-Problems to apply the theories to real cases
-Interpretations of measurements of the various studied rock properties
-Analysis of several scientific publications

A la fin de ce cours vous serez capable de :

-Calculer les propriétés effectives d’un milieu hétérogène
-Mesurer, interpréter et modéliser les propriétés acoustiques et électriques des roches.
-Interpréter des données expérimentales obtenues lors d’essais de déformation
-Analyser de manière quantitative des microstructures d’échantillons déformés en laboratoire ou prélevés sur le terrain.
-Prévoir l’impact de la déformation et la rupture sur les propriétés physiques dans les grandes familles de roches.

-To measure, interpret and model acoustic and electrical properties of rocks.
-To interpret mechanical data from deformation tests in various configurations
-To analyse quantitatively dama ge in rocks, both in laboratory deformed samples-and samples taken in the field.
-To predict the impact of deformation on the properties of the main rock types
 

Compétences visées

En géophysique il est important d’avoir une bonne connaissance des propriétés physiques des roches pour nombre de problèmes fondamentaux (mécanique des séismes) et appliqués (production de réservoirs à hydrocarbures, caractérisation de sites de stockage souterrains, exploitation de ressources hydrauliques ou géothermiques). L’objectif du cours de physique des roches est d’étudier les propriétés physiques qui interviennent dans les problématiques citées, et notamment les propriétés acoustiques et électriques, ainsi que les couplages entre propriétés physiques et déformation.

In geophysics, a good knowledge of rock physical properties is fundamental in many applications, such as earthquake mechanics, reservoir production, underground storages and management of water and geothermal resources. The objective of the course is to present the properties important in these contexts and in particular the acoustic and electrical properties, as well as the coupling between the physical properties and stress-induced damage.