Etude analytique de l’initiation de frac- tures sous sédimentation rapide

Dans la littérature plusieurs auteurs s’accordent à dire que l’un des facteurs les plus im- portants pour la propagation de fractures dans les bassins sédimentaires est la surpression de fluide dans les pores [Secor, 1965, 1969; Audet et McConnell, 1992; Luo et Vasseur, 2002]. Ainsi, dans cette partie on se pose la question de savoir quelle est l’origine de ces surpressions.D’une manière générale on parle de surpression lorsque la pression dans les sédiments devient supérieure à la pression hydrostatique qu’aurait eu une colonne d’eau à la même profondeur comme on peut le voir dans la figure 3.1. Dans cette figure, le profil de pression évalué dans le Golfe du Mexique permet d’observer à des profondeurs données que le la pression des fluides devient plus grande que la pression hydrostatique. Dans cette zone et notamment aussi dans le graben central de la mer du Nord, le phénomène de surpression de pores est reconnu comme l’une des causes principales de fracturation naturelle dans les sédiments. Dans la suite, on présente les mécanismes les plus importants susceptibles de générer de la surpression dans les bassins dont entre autre : le phénomène du déséquilibre de compaction et les sources de fluides internes.

Pendant le processus de sédimentation les matériaux transportés par l’eau, la glace et le vent s’accumulent dans le bassin pour former un dépôt. Au cours du temps, ces sédiments se transforment en roche par diagénèse tout au long de l’enfouissement. Pendant cette phase, le bassin subit une augmentation de la contrainte verticale inhérente au poids propre des roches sus-jacentes qui s’accroît. Cette augmentation de la contrainte entraine une réduction de la taille des pores, puis conduit à une diminution de l’espace disponible pour le fluide. Dans ce cas, le fluide a tendance à monter en pression en présence de sédiments de faible perméabilité. Dans la littérature, ce phénomène est connu sous le nom de déséquilibre de compaction. [Moore et Vrolijk, 1992; Wang et al., 1990]. Schmidt [1973] montre que le déséquilibre de compaction est la source principale de génération de surpression dans le Golfe du Mexique sous sédimentation rapide (figure 3.1). Lorsque le fluide circule librement cette surpression se dissipe entièrement à partir d’un certain temps. Ainsi, une compétition s’initie entre la vitesse d’évacuation du fluide reliée à la perméabilité des sédiments et la vitesse de sédimentation. L’augmentation de la pression des pores a pour conséquence de réduire la contrainte effective dans le bassin et dans certains cas cette contrainte atteint et même dépasse la contrainte de traction limite du matériau qui entraine une création de fissures, puis une propagation de fractures à l’échelle du bassin ou à des endroits précis dans le bassin.

Sources de fluide

Les réactions minéralogiques comme la transformation de smectite (argile qui contient beaucoup d’eau) en illite en profondeur ou la maturation de la roche mère en hydrocarbure peuvent être des sources potentielles de surpressions dans le bassin. En effet, l’évolution du kérogène provenant de la dégradation des sédiments dépend de la profondeur d’enfouisse- ment. Ainsi, suivant la profondeur le kérogène peut se transformer en huile, gaz ou résidus et générer de la surpression, car la transformation de ces différents dérivés pétroliers est associée à une variation de volume du fluide. Dans certaines configurations de bassin, les sources de fluides peuvent être externe au bassin comme par exemple l’infiltration des eaux de pluie Tingay et al. [2009].Dans la suite, pour étudier analytiquement les conditions d’amorçage naturel de frac- tures dans les bassins sédimentaires, seul le phénomène du déséquilibre de compaction et l’impact de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques et hydrauliques du milieu seront considérés comme vecteur de génération de surpression.