Résumé L’écoulement et le transport (chaleur et soluté) dans les roches cristallines sont dominés par les systèmes de fracture. Les conditions de stress in-situ ont un impact significatif sur l’hydraulique, les processus couplés de mécanique et thermique et la quantification de ces processus apportent une clé pour comprendre le comportement transitoire des roches cristallines. Dans cet article un modèle géomécanique est présenté, modèle qui décrit la fermeture des fractures comme une fonction de la contrainte effective et des changements de paramètres tels le coefficient d’emmagasinement, la perméabilité, la porosité et l’ouverture. En s’accordant que la fermeture des fractures est définit par les changements de la contrainte effective normale, on apporte le lien avec la considération numérique des changements paramétriques dus aux altérations de la contrainte des roches, causés par exemple par des variations de la pression des fluides dans les fractures, du dégagement de la contrainte, des contraintes tectoniques et thermiques, des orientations des fractures naturelles dans le système de contraintes pénétrantes, et des changements locaux dans un massif de roches dus à l’altération des contraintes. Le modèle utilise des considérations géométriques basées sur une distribution fractale des ouvertures à la surface des fractures, et permet d’établir des solutions analytiques de la déformation élastique pour calculer la réponse de la déformation à la contrainte effective. L’analyse de la méthode par génération fractale permet de prédire une distribution normale standard de l’ouverture des fractures, pour toutes les dimensions fractales en relation avec les surfaces 2D. Les changements dans l’ouverture des fractures sont mis en relation avec les fonctions hydrauliques tels la perméabilité, l’emmagasinement et la porosité de la fracture. Le modèle géoméchanique est expérimentalement validé à l’échelle du laboratoire sur un échantillon fracturé récupéré à une profondeur de 3,800 mètres sur le puits du site pilote KTB. Les paramètres du calibrage des données expérimentales ont été établies extérieurement, les seuls paramètres utilisés étant les surfaces de contact minimum et maximum, et le nombre de contacts permis. Le modèle apporte une connaissance perspicace sur le processus clé déterminant la fermeture des fractures, et peut servir de fonction input dans les modèles numériques reliant les effets des variations de la contrainte du terrain, les conditions hydrauliques ou thermales, les paramètres de l’écoulement et du transport et les systèmes de fracture.

Resumen El flujo hidráulico y transporte (de calor y solutos) dentro de rocas cristalinas está dominado por los sistemas de fracturas que se encuentran en ellas. Las condiciones de esfuerzos in-situ tienen un impacto significativo en los procesos aparejados termales, mecánicos e hidráulicos y la cuantificación de estos procesos aporta una clave para entender el frecuente comportamiento transitorio dependiente de las rocas cristalinas. En este artículo se presenta un modelo geomecánico que describe el cierre de fracturas en función del esfuerzo efectivo y los cambios en parámetros tal como almacenamiento, permeabilidad, porosidad y apertura. El definir el cierre de fractura mediante el cambio en esfuerzo normal efectivo aporta un vínculo con la consideración numérica de cambios paramétricos ocasionados por alteraciones de esfuerzos en la roca causadas, por ejemplo, por cambios en presión de fluidos en fractura, liberación de esfuerzo, esfuerzo tectónico, esfuerzo termal, orientación de fracturas naturales en el sistema de esfuerzos penetrante, y cambios locales en una masa rocosa ocasionados por alteración de esfuerzos. El modelo utiliza consideraciones geométricas basadas en la distribución fractal de aperturas en la superficie de fractura y aplica soluciones analíticas bien establecidas de deformación elástica para calcular la respuesta de deformación a cambios en el esfuerzo efectivo. Los análisis del método de generación fractal permiten predecir una distribución normal standard para la distribución de aperturas de fracturas para todas las dimensiones fractales comunes que se relacionan con una superficie 2D. Los cambios en la apertura de fractura se relacionan con funciones hidráulicas tal como permeabilidad, almacenamiento y porosidad de la fractura. El modelo geomecánico se ha validado experimentalmente en contra de datos experimentales a escala de laboratorio obtenidos a partir del cierre de una muestra fracturada recuperada a una profundidad de 3,800 m en el pozo piloto KTB. Se establecieron externamente parámetros que se ajustan a los datos experimentales, con los parámetros de ajuste aplicados que fueron el área máxima y mínima de contacto entre las superficies y el número de contactos permisibles. El modelo arroja luz sobre los procesos clave que determinan el cierre de una fractura y puede actuar como un material de función de entrada para modelos numéricos que vinculan los efectos de cambios en el campo de esfuerzos, condiciones termales o hidráulicas, con los parámetros de flujo y transporte de un sistema fracturado.