La fragmentation naturelle des massifs rocheux : modèles de blocs et bases de données tridimensionnelles : réalisation, exploration géométrique et applications - TEL - Thèses en ligne
Theses Year : 2000

La fragmentation naturelle des massifs rocheux : modèles de blocs et bases de données tridimensionnelles : réalisation, exploration géométrique et applications

Abstract

Knowledge of the three-dimensional fractured medium is based on direct and indirect observation of one- or twodimensional extracts. The difficulties of visualization in 3 dimensions and the constant existence of geometrical gaps are major handieaps for the understanding of complex laws ruling fractured rock medium fracturing. Numerical "equivalent" models separately give mechanical, hydraulic, or thermal answers to particular problems of fractured networks. However, a large number of physical properties of the rock solid mass are conditioned by geometry and topology of the fractured system, which remains a fundamental question. Our model OBSIFRAC (OBject SImulator for rock FRACturing) deals with this essential aspect. In a brittle deformation context, the observation of natural sections justifies that discontinuities can be represented by plane and inter-connected surfaces, without free terminations, limiting convex polyhedra. Consequently, the network can be seen as a puzzle of blocks. This assumption enabled us to build a three-dimensional database of the network, which describes in an exhaustive way the geometrical components of the puzzle (fractures, blocks, faces, edges and vertices). Starting from an initial seed point, the fragmentation process affects one or more blocks, possibly composed of several elementary polyhedra. Orientation and position of the fractured plans can be defined in a stochastic, statistical or deterministic way. Two applications are studied.The first proposes a 3D extrapolation of the fractured volume around a cored drilling well, in the granite of Soultz-sous-Forêt, France. With a simplified friction model, the second application shows the contribution of the model in studying block equilibrium in a rocky escarpment.
La connaissance du milieu fracturé tridimensionnel est basée sur l'observation directe ou indirecte d'extraits, en une ou deux dimensions. Les difficultés de visualisation en 3 dimensions et l'existence constante de nombreuses lacunes géométriques sont un handicap majeur pour la compréhension des lois de comportement complexes du milieu rocheux fracturé. Des modèles numériques dits "équivalents" répondent isolément à une problématique particulière du réseau de fractures (mécanique, hydraulique, thermique). Pourtant, un grand nombre de propriétés physiques du massif rocheux sont conditionnées par la géométrie et la topologie du système de fractures, qui reste une question d'ordre fondamental. C'est un aspect essentiel que nous traitons dans notre modèle OBSIFRAC (modèle objet pour la simulation de la fracturation). L'observation de sections naturelles justifie que l'on représente, dans un milieu soumis à la seule déformation cassante, les discontinuités par des surfaces planes, interconnectées, sans terminaisons libres, limitant des polyèdres convexes. Dés lors, le réseau de fractures peut être vu comme un assemblage de blocs. Cette hypothèse nous a permis de construire une base de données tridimensionnelles du réseau, décrivant de façon exhaustive les constituants géométriques de l'assemblage en question (fractures, blocs, faces, arêtes et noeuds). A partir d'un "germe" ponctuel, le processus de fragmentation affecte un ou plusieurs bloc(s) formé(ś) éventuellement de plusieurs polyèdres élémentaires. L'orientation et la position des plans de fractures peuvent ^etre définies de façon stochastique, statistique ou déterministe. Nous avons développé 4 moteurs de fragmentation, notés A, B, C, et D, qui diffèrent par le protocole de choix du germe d'une part, et par le choix du ou des blocs à diviser d'autre part. Nous présentons pour chaque scénario, une caractérisation descriptive, puis statistique.
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Dates and versions

tel-00723710 , version 1 (13-08-2012)

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  • HAL Id : tel-00723710 , version 1

Cite

Luc Empereur Mot. La fragmentation naturelle des massifs rocheux : modèles de blocs et bases de données tridimensionnelles : réalisation, exploration géométrique et applications. Géologie appliquée. Université de Savoie, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00723710⟩
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