Speaker: Long Cheng

Date: Thursday 5^th of January 2023, 1:15 pm.

Abstract: La modélisation des processus d’endommagement et de leur transition vers la rupture dans les structures quasi fragiles font de plus en plus appel à des approches variationnelles dédiées. Ces méthodes s’interprètent comme des modélisations reposant sur des lois d’endommagement régularisées par introduction du gradient de la variable d’endommagement. Elles s’avèrent très efficaces pour bien prédire les réponses de diverses structures, même dans des régimes d’adoucissement induit par l’endommagement où des phénomènes de localisation de la déformation surviennent. Malgré les nombreux succès, l’applicabilité en géomécanique de ces modèles à gradient d’endommagement couplés avec la poromécanique reste encore à développer. Un prototype de géomatériau concerné est l’argilite du callovo-oxfordien, roche hôte retenue par les autorités françaises pour l’étude de la faisabilité d’ouvrages de stockage souterrain de déchets à haute activité et à vie longue. Dans le cadre du projet BigBen, on y distingue des fractures ouvertes et des fractures dites de cisaillement dont l’amorçage et la propagation restent encore un sujet très largement débattu. Les difficultés de modélisation rencontrées sont liées non seulement à la pertinence de modèles mécaniques disponibles, mais également aux limitations des outils de simulations numériques associés, généralement de nature incrémentale. Outre les contraintes de compression rencontrées in situ, ces limitations peuvent être exacerbées par l’éventuelle nécessité de prendre en compte des couplages hydromécaniques liés à la présence d’un fluide saturant le milieu hôte.

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Category: Seminar

Speaker: Omar Rodriguez Villarreal

Date: Thursday 17^th of November 2022, 1:15 pm.

Abstract:
Humanity faces great challenges from climate change and finding the right solutions will require new contributions in geotechnics and fracture mechanics. It will require the implementation of satisfactory solutions based on a better understanding of subsurface properties and behavior, monitoring of geo-material behavior, and management of geotechnical and geo-environmental processes. According to the United Nations Convention on Climate Change, one way to mitigate climate change is to reduce greenhouse gas emissions, as established in the 2015 Paris Agreement, which aims to control long-term temperature increases by regulating the production of greenhouse gases. One way to achieve such a goal is to use renewable energy resources, such as geothermal energy. In this presentation, we focus on presenting the benefits of the exploitation of Enhanced Geothermal Systems (EGS). An EGS can be considered a subway heat exchanger designed to extract geothermal energy. The performance of these systems can be improved by increasing the permeability through the judicious application of fracture mechanics. Under this approach, it is important to know the physical parameters of the rock, one of them being the so-called fracture energy. In addition, Mexico is one country with the greatest geothermal potential in the world, this clean and renewable source of energy is little exploited, an example of this is that in Mexico there are only five geothermal power plants. 

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Category: Seminar

Speaker: Antoine Barbe

Date: Thursday 15^th of December 2022, 1:15 pm.

Abstract:
La propagation répétée de ruptures sur les failles actives conduit à la formation de reliefs cumulés mais implique également des interactions complexes, en particulier dans le domaine offshore. Ici, nous examinons l'expression sous-marine de la déformation tectonique du talus continental et du bassin adjacent au large de Boumerdès et de Jijel (Algérie), régions qui ont subi deux séismes majeurs (magnitudes 6,9 en 2003 et 7½ en 1856). Nous utilisons des méthodes d'identification basées sur le SIG combinées à la réalité virtuelle (RV) pour explorer la manière dont les chevauchements actifs causés par l’inversion tectonique de la marge modifient l’érosion par les canyons sur la pente et génèrent des anomalies topographiques et des bassins sédimentaires depuis le Pliocène. La RV apporte des avantages considérables dans cet environnement sous-marin en facilitant les changements d'échelle, la corrélation des marqueurs, les mesures de la déformation cumulée, et en "éduquant" l'œil de l'observateur. La corrélation des marqueurs le long et en travers des chevauchements (formes convexes ou concaves des principales ruptures de pente (knickpoint) dans les profils longitudinaux des canyons et leur continuité latérale, distribution des cicatrices de glissement, strates de croissance des bassins perchés, décalages des réflecteurs sur les coupes sismiques parallèles à la convergence) nous permet d'évaluer la position probable des chevauchements actifs à pendage sud près de la surface, de caractériser les rejets cumulés et d'estimer le début de l'inversion et les taux de glissement moyens. Nos résultats montrent (1) des changements géométriques des pendages des failles inverses, expliquant le décalage vers le nord de l’affleurement de la faille de Boumerdès et une variation latérale de la hauteur des escarpements; (2) une ramification des systèmes de failles, formant ainsi des bassins perchés en escalier ; (3) une initiation des chevauchements au Pliocène supérieur, avec une propagation des rampes de chevauchement vers l'océan; (4) une empreinte géomorphologique visible de la tectonique, malgré des taux de déformation cumulés faibles (de l’ordre de 0.9 ± 0.5 mm/an). Les failles inverses sur le secteur de Jijel montrant des replats moins marqués et émergeant plus bas en pied de marge, elles ne forment pas d’escarpements marqués en fond de mer mais seulement un graben bordé de failles normales en réponse au glissement gravitaire des séries sédimentaires plio-quaternaires sur le niveau de décollement du sel messinien. Ces résultats clarifient les relations tectonique - érosion - sédimentation et peuvent améliorer l’anticipation des aléas naturels sur ces zones côtières. A la suite de cette présentation, je parlerais de mon sujet de thèse "Bilan énergétique, contraintes et déformations à l’échelle du cycle sismique dans la partie frontale des marges en subduction" et des perspectives de ce projet.

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Category: Seminar

Speaker: Ahmad Mostafa

Date: Thursday 10^th of November 2022, 1:15 pm.

Abstract:
Coal is fractured by nature; it is a dual porosity/permeability system made up of a porous matrix surrounded by fractures known as (figure (1), scale II). The orientation of this quasi-orthogonal cleat network including tensile fractures or face cleats, and compressive and strike-slip fractures or butt cleats depends on the principal stress’s direction (Laubach et al., 2017) and provides pathways for fluid flow with apertures up to 100 microns. In contrast, methane gas is stored within the low porosity coal matrix with pore sizes generally varying from a few to several dozens of nanometers (Li et al., 2017) (Wang et al., 2018). The model implemented in the open-source software Yade DEM (Smilauer et al., 2015) is based on the hydro-mechanical model proposed by (Catalano et al., 2014). The coal matrix is treated as an assembly of bonded particles interacting one with another through elastic-brittle contact laws as initially proposed by (Scholtes and Donze, 2013). The pore space is discretized into tetrahedra, generated from a regular triangulation of the particle’s centers. Knudsen and surface diffusions as well as sorption processes are modeled considering the coal matrix as a microporous material. The method is hydro-mechanically coupled in the sense that changes in pore pressure produce hydrostatic forces that deform the solid skeleton, while deformation of the pore space induces pore pressure changes that promote interpore flow. In addition, sorption induced deformations are taken into account by considering an additional pressure term related to the concentration of gas within the medium (the so-called solvation pressure) (Vandamme et al., 2010). The cleat system is considered as a discrete fracture network where a single-phase advection flow takes place. The ultimate goal of my PhD thesis is to combine the models describing the different transport processes at stake in both the coal matrix and the cleat network to provide a multi-scale model able to simulate the hydro-mechanical behavior of coal in the context of coal bed methane recovery.

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Category: Seminar

Speaker: Fabrice Taty-Moukati

Date: Thursday 8^th of December 2022, 1:15 pm.

Abstract:
L'interprétation sismique des failles géologiques est très importante pour la construction des modèles structuraux. Du fait que les structures dominantes sur les images sismiques proviennent des évènements de réflexions correspondant aux horizons géologiques, l'interprétation sismique peut être réalisée en calculant une image de probabilité d'existence de failles. Une telle image met en évidence la présence des failles tout en supprimant les évènements de réflexion. De nombreuses méthodes parmi lesquelles les réseaux de neurones ont été proposées et ont donné des résultats assez convaincants. Cependant, les approches récentes ne fournissent que le meilleur modèle d'interprétation. Le but ce travail est de quantifier les incertitudes liées au nombre et à la connectivité des failles honorant une image de probabilité de faille, étant donné que les réseaux de failles possibles peuvent produire différents résultats en termes de comportement de subsurface. Nous proposons une méthode qui se dit rigoureuse pour évaluer les incertitudes liées à l'interprétation des failles sur des images sismiques. Il s’agit d’une approche mathématique provenant de la modélisation en géométrie stochastique, appelée processus ponctuels marqués. Dans le contexte des processus ponctuels marqués, un réseau de faille en deux dimensions peut être vu comme un ensemble de segments en interaction qui évoluent dans un espace deux dimensions. Les segments ont des longueurs et des orientations aléatoires. Leur distribution dans l’espace est contrôlée par une distribution de probabilité de Gibbs, composée de deux termes : un terme d’attache aux données, similaire à une probabilité locale, permet de localiser les traces de failles dans les régions ayant des fortes probabilités de présence de failles. Le deuxième terme, appelé terme d’énergie d’interaction, similaire à un terme de régularisation, permet d’aligner et de connecter les segments afin de former une faille. Afin d’échantillonner des réseaux «réalistes» à partir de cette distribution de probabilité, on utilise un algorithme de Metropolis-Hastings couplé d’une méthode de relaxation (recuit simulé). Ce schéma de relaxation est utilisé dû au fait que les segments qui approximent le réseau de failles doivent être ceux qui maximise la distribution de probabilité de faille construite. Nous appliquons l’approche proposée sur une image extraite d’un cube sismique Volve fournie par Equinor, et présentons quelques résultats préliminaires.

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Category: Seminar

Speaker: Mariam Joundi

Date: Thursday 20^th of October 2022, 1:15 pm.

Abstract:
Les joints rocheux sont des discontinuités dans les massifs rocheux représentant des sources d'instabilités mécaniques. La formation de ces joints varie d’un massif à un autre en fonction de l’intensité des contraintes, de la rhéologie des matériaux, de la présence ou non de fluides, de l’histoire géologique et le chemin de chargement suivi par les matériaux, etc. La morphologie des joints rocheux et le comportement mécanique de la matrice sont reconnus comme des éléments clés contrôlant le comportement mécanique du joint, notamment en cisaillement, incluant ses phases pré-pic et post-pic ainsi que sa dilatance. Ce travail étudie le comportement en cisaillement et les processus d'endommagement des joints rocheux sollicités mécaniquement à l’aide du logiciel UDEC. Des joints de morphologies différentes et de matrices intactes variées sont explicitement simulés dans des essais de cisaillement direct sous plusieurs valeurs de contrainte normale appliquée. L'effet de la magnitude de la contrainte normale appliquée, de la morphologie du joint et des propriétés mécaniques de la matrice intacte sur le comportement au cisaillement du joint sont évalué. L'analyse numérique a montré que sous faibles contraintes normales, le comportement est contrôlé par le glissement de la surface du joint. Dans ce cas, le déplacement normal reflète la géométrie de la surface du joint. Alors que sous contraintes normales plus élevées, un déplacement normal relativement limité est observé en raison du processus de dégradation des aspérités. Il a été constaté que les valeurs de la résistance au cisaillement maximale et résiduelle augmentent lorsque la contrainte normale appliquée augmente. La résistance au cisaillement augmente également pour une matrice plus rigide. En outre, il a été prouvé que la présence des aspérités augmente la résistance au cisaillement globale des joints.

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Category: Seminar

Speaker: Franck Amoih

Date: Thursday 1^st of December 2022, 1:15 pm.

Abstract:
La récupération assistée du méthane des gisements houillers par injection de CO₂ (CO₂-ECBM) est largement proposée comme moyen pour la transition énergétique et pour la réduction du CO₂ atmosphérique. Dans le cadre du projet de recherche et développement REGALOR, un des axes de recherche consiste à étudier la faisabilité de l'extraction du méthane du bassin houiller lorrain par CO₂-ECBM. Les résultats expérimentaux d'un échantillon de charbon bitumineux (Box 18), riche en matières volatiles provenant de Folschviller (France) sont comparés à un échantillon de charbon subbitumineux (TH01) provenant de La Houve (France), utilisé comme référence car il a été identifié comme un bon candidat pour le CO₂-ECBM. Différentes techniques telles que les isothermes de sorption, les courbes de percée et les analyses thermogravimétriques ont été utilisées dans ce travail afin d'évaluer les quantités adsorbées de CO₂ et de CH₄ et d'étudier l'influence de l'eau et de la température respectivement. Les isothermes d'adsorption ont été obtenues par méthode volumétrique à 30°C avec des pressions allant jusqu'à 50 bars et décrites au moyen des modèles de Langmuir et de Tόth. Le Box 18 adsorbe plus de CO₂ et de CH₄ que le TH01. La même conclusion est obtenue avec les courbes thermogravimétriques et de percée pour le CO₂. Ces résultats pourraient être expliqués par le vide (%) dans chaque échantillon. En effet, la porosité par intrusion de mercure obtenue sur un échantillon cubique de charbon d'environ 1 cm³ a montré que l'échantillon Box 18 contient plus de vides (8%) que TH01 (5,6%) et que les pores dominants dans ces échantillons sont ceux de diamètre inférieur à 0,002 microns. Le modèle de Tόth s'adapte mieux aux isothermes d'adsorption expérimentales du CH₄ et du CO₂ que le modèle de Langmuir, ce qui prouve que la surface du charbon est hétérogène (n 0,2). Les affinités (αL) pour le CO₂ et le CH₄ calculées à partir des modèles de Langmuir ont montré que le Box 18 a plus d'affinité pour le CO₂ et le CH₄ que l'échantillon de référence TH01. Les enthalpies d'adsorption obtenues par analyses calorimétriques ont montré une physisorption pour les interactions gaz-charbon et les valeurs pour le CO₂ étaient plus élevées que celles pour le CH₄. Les analyses thermogravimétriques réalisées jusqu'à 85°C ont également montré que la capacité d'adsorption du CO₂ diminue avec l'augmentation de la température. Les courbes de percée réalisées à température ambiante à différents pourcentages d'humidité (0, 10 et 50%) sur 8,5 g de poudre de charbon, ont montré que l'eau a un effet néfaste sur l'adsorption du CO₂. Les premiers essais d'adsorption dans une cellule oedométrique à volume constant et à température ambiante sur de la poudre de charbon pré-compactée (TH01) ont montré que la matrice de charbon adsorbe une quantité de gaz qui est fortement influence par la température. Des tests de gonflements sur le Box 18 ont montré que celui se dilate en presence de CO₂ du fait de l’adsorption et se compacte en presence d’argon (gaz inerte) du fait du fait du couplage hydro-mécanique.

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Category: Seminar

Speaker: Coffi Gbewade

Date: Thursday 13^th of October 2022, 1:15 pm.

Abstract:
The Callovo-Oxfordian (COx) claystone in Meuse/Haute-Marne (France) is considered as a potential host rock in the French concept of high-level radioactive waste disposal at great depth. The excavation of galleries or micro tunnels in this host rock located at a depth of 500 meters in Bure (in the Meuse department), creates a fractured zone around them called the Excavation Damaged Zone (EDZ). The heat generated by waste could affect the favorable properties for containment of this host rock, especially its transport properties. The overpressure generated by the difference between thermal expansion coefficient of pore water and the solid rock skeleton could induce fractures opening or propagation in the near field (i.e., in the EDZ), altering the permeability. Then, laboratory experiments need to be performed to study the effects of increased temperature on the mechanical behavior of the COx claystone. These effects could be related to the evolution of the effective stress due to the temperature increase and to the modification of the physical properties of rock-forming minerals. Deviatoric (uniaxial and triaxial) compression tests are carried out in laboratory on cylindrical samples of the COx Claystone with a diameter of 20 mm and a heigh of 40 mm. Tests are performed under different temperatures from 20°C to 100°C to study the impact of temperature increase on the mechanical parameters of the host rock. The samples are cored in two directions, parallel and perpendicular to the bedding plane. The tests are carried out in a conventional triaxial cell equipped with two heating collars connected to a heat generator to apply the temperature imposed on the system. Triaxial tests are performed at low confining pressures (0 and 4 MPa) representative of the near field conditions (i.e, in the EDZ). Confining pressure is generated by a syringe pump while the axial stress is applied using a hydraulic press. Axial and lateral deformations are continuously measured during the mechanical loading using strain gauges. The deviatoric compression tests are performed under controlled displacement in order to characterize the post-peak behavior. Unloading-reloading cycles are performed at different stress levels in order to estimate the evolution of elastic properties. Uniaxial tests performed at temperatures ranging from 20 to 100°C, for both directions (parallel and perpendicular to the bedding) showed a significant decrease in the peak resistance due to the temperature increase. This decrease in the peak resistance is almost non-existent on triaxial tests (4 MPa confining pressure) in the parallel orientation, thus showing the impact of confining pressure. Nevertheless, an increase in the peak resistance is observed for a temperature of 150 °C for both cases. Further tests will be necessary by adjusting the thermal loading rate and the time between the thermal and mechanical loading, in order to see their impact on the mechanical properties of the COx claystone.

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Category: Seminar

Speaker: Enrico Scarpa

Date: Thursday 24^th of November 2022, 1:15 pm.

Abstract:
Channelized turbidite systems are often gathered into complexes and display various stacking patterns. Their internal architectures represent one of the fundamental properties of a reservoir because they control the connectivity of high-permeability and low-permeability of sedimentary bodies. Some works have analyzed the static connectivity of various stacking patterns; however, few have quantitatively evaluated the dynamic implications of different stacking patterns on fluid flow circulation. In this work, we investigate the impact of different classes of geostatistical modeling methods on static and dynamic connectivity using several metrics. The stacking patterns are generated with an object-based method using Lindenmayer systems. 300 stochastic realizations are grouped into three categories: disorganized stacking channels, disorganized stacking conditioned to a vertical sand proportion map, and organized stacking reproducing channel vertical and lateral migration. To study the hydrodynamic responses, we set a two-phase system containing oil and water. We perform reservoir simulations in all stochastic scenarios and compute the connectivity on the simulations grid to determine the statistical relationship between metrics. This approach facilitates the comparison among flow simulations. It highlights a delay of water breakthrough time in disorganized stacking patterns and a less optimistic recovery efficiency in organized stacking patterns. Our study confirms the positive forecasting bias observed in customary geostatistical modeling that overestimates the actual reservoir connectivities.

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Category: Seminar