Resumen de Caracterisation des surfaces de fractures naturelles par photogrammetrie numerique

J. Sausse, F. Filipe

• English

  Natural fractures are characterized by rough surfaces and complex fluid flows. A large distribution of apertures (residual voids) within their walls and the presence of contact points produce heterogeneous flows (channelling). The resulting permeabilities, porosities or fluid-rock exchange surfaces cannot be realistically modelled by parallel and smooth plate models. It is therefore very important to better constrain models of the fracture planes : asperity heights and aperture distribution to be able to fix specific models of permeability in specific fracture void geometry. In this approach, a precise description of the fracture surface planes is given by providing some new quantitative data of surface roughness in the case of natural fractures. Studied fractures are sampled in a granite and a sandstone in the deep basement of the Hot Dry Rock site of Soultzsous-Forêts (Bas-Rhin, France). An original use of close-range photogrammetry is performed to quantify XYZ data on fracture walls. This methodology is presented as a non destructive, precise and accurate technology to quantify some digital terrain models (DTM) of the fracture plane topography. XYZ results are statistically treated in terms of surface roughness and tortuosity and are compared for different rocks to previous data obtained by mechanical profilometry. The results shows that the photogrammetric approach gives same order of asperity heights magnitudes as profilometry despite a shift towards more important values of roughness when close range photogrammetry uses relative autocorrelation models. The advantage of photogrammetry is that this technique gives very quick results and is non destructive when thin alteration or pulverulent deposits are present within fracture walls or in the rock matrix. The disadvantage is that a slight smoothing of data is inherent to an absolute model calibration. Finally only relative 300*300 DTM are finally chosen to match profilometry data because of their higher precision in terms of micro roughness description to compare natural fracture surfaces. In the objective of a classification of fracture roughness in specific geological contexts, the photogrammetric approach gives a good estimation of different classes of roughness in function of rock alteration and type.

• français

  Les écoulements fluides dans les milieux rocheux à faible perméabilité de matrice dépendent fortement de la présence, de la géométrie et de l'organisation spatiale des fractures. Le problème principal posé par l'établissement de lois d'écoulement à l'intérieur d'une fracture est la caractérisation de l'ouverture caractéristique, "utile", "hydraulique" ou "mécanique". Les discontinuités naturelles à toute échelle montrent en effet des rugosités et tortuosités non négligeables qui impliquent des distributions d'épaisseurs très variables à l'intérieur des plans de fractures. L'écoulement n'est plus forcément laminaire et peut présenter des hétérogénéités (chenalisations de fluide). Ce travail se propose donc d'apporter une contribution à la caractérisation des propriétés de transport des fractures par le biais d'une description de leur état de surface. Pour cela, la photogrammétrie numérique a été adaptée à l'étude de surfaces de fractures et comparée aux techniques classiques d'investigation de la rugosité (profilométrie). Cette technique utilise les principes de la stéréophotographie et permet de définir des modèles numériques de la surface des fractures à partir de deux prises de vue (stéréophotos). Les séries de profils XZ ou YZ qui peuvent en être déduit permettent le calcul des coefficients statistiques (JRC, Z2) caractérisant la rugosité de surface. Les résultats de cette technique ont été confrontés à ceux obtenus par profilométrie mécanique pour plusieurs fractures échantillonnées dans le grès et le granite du forage carotté EPS1 de Soultzsous-Forêts (Bas-Rhin, France). Cette comparaison montre que cette nouvelle méthode d'acquisition des paramètres géométriques du plan de fracture possède une précision suffisante pour mettre en évidence les spécificités de surfaces de différentes fractures naturelles. La constitution d'une base de données pour des fractures apparaissant dans différents matériaux : grès et granites plus ou moins altérés s'avère simple et rapide et permet à partir de graphiques types (Z2-tortuosité) de prédire l'évolution de la rugosité d'une surface de fracture en fonction de son altération et du matériau considéré.