mécanique des roches 1

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Mécanique Des Roches 1Mécanique Des Roches 1Mécanique Des Roches 1Mécanique Des Roches 1

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  • Universit KASDI MERBAH Ouargla

    Facult des Sciences et Technologie et Sciences de la Matire

    Dpartement dHydrocarbures et Chimie Module : La mcanique des roches (cours)

    Niveau : 1re

    anne mastre Forage Enseignante : HADJADJ SOUAD

    1

    Chapitre I :

    Introduction la mcanique des roches et les principes de la gomcanique

    1. La mcanique : couvre la connaissance des forces et leurs effets, dformations, ruptures et dplacements des corps

    2. La gologie : se considre en mme temps une science naturelle et historique, Naturelle description des matriaux qui constituent la croute terrestre, y compris les fluides (les eaux sous terraines, le gaz naturel, le ptrole et lair) Historique tude de la gense et les transformations de ces matriaux (sdimentologie, tectonique, sismologie, )

    3. La gomcanique : tudie la dformation ou le dplacement de gomatriau, sol, roche ou fluide souterrain sous l'action de la gravit, laquelle peuvent se superposer des

    contraintes induites. Elle manipule des modles trs schmatiques, issus des conditions

    aux limites simplistes, qu'impose l'intgration des quations de champs trs complexes.

    Elle mesure trs ponctuellement divers paramtres, sur chantillon ou in situ et prtend

    les extrapoler l'ensemble du site.

    Elle rduit l'action de la contrainte qui produit un dplacement, une dformation

    instantane pouvant aller jusqu' la rupture.

    4. La ptrologie : est la science des roches, qui s'attache dcrire, dfinir et classer les roches, puis tablir les lois rgissant les modes de mise en place, leur origine et leur

    volution. Elle tudie des matriaux se prsentant sous les trois aspects de la matire :

    solide, liquide et gazeux (mcanismes lorigine de la formation de la transmormation des roches).

    5. La ptrographie : est la description des roches, dfinir et mesurer leurs paramtres caractristiques (structurales) comme la rsistivit lectrique, la composition chimique

    et minralogique, la permabilit, la rsistance mcanique, etc.

    6. La mcanique des roches : traite les effets des forces (dformation, rupture et dplacement) appliques aux roches pour rsoudre les problmes de l'ingnierie toutes

    chelles de longueur et de temps, variant du micromtre (cristaux) au rayon terrestre

    (blocs de granite) selon le domaine d'application. En gnie civile sont l'chelle du

    mtre et du sicle, en plus petit ( l'chelle de longueur), le forage, le concassage,

    l'altration, en plus grand, le stockage, la stabilit des montagnes. A l'chelle du temps,

    l'exploitation minire est le jour ou la semaine, tandis que l'explosif, la milliseconde et

    en sens inverse pour le stockage des dchets radioactifs c'est les 1000 sicles.

    Elle concerne tantt les milieux continus tant solides que fluides, tantt les

    discontinuits et les milieux associants solides et fluides.

  • Universit KASDI MERBAH Ouargla

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    Niveau : 1re

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    Dans le domaine ptrolier elle s'applique sur les essais mcaniques en laboratoire et sur

    place (en forage), par l'intermdiaire de la similitude et sur la base de la modlisation

    numrique.

    Elle se base sur la mcanique rationnelle pour comprendre les quilibres et les

    mouvements des roches, la mcanique des milieux continus afin d'tudier les

    dformations effectues sur le milieu continu et la mcanique de rupture, en cas de

    fissures (concentration des contraintes).

    7. L'ingnierie du ptrole : s'intresse par l'efficacit des outils de forage, la stabilit des puits, les affaissements de la surface et les rservoirs profonds hautes pression et

    temprature.

    8. Les roches

    8.1. Dfinition : assemblage plus au moins compact de grains cristallins / des agrgats compacts ou meubles qui constituent l'corce terrestre et son composs de

    minraux homognes ou diffrents.

    8.2. Identification : Les roches s'identifient par leurs :

    Structure : qui embrasse les particularits de leurs architectures, assurs par les dimensions, la forme, la nature d'association des minraux constituants et le degr

    de cristallinit de leurs matires.

    Texture : (ou l'arrangement, ou l'orientation) est la rpartition mutuelle de leurs lments constitutifs dans l'espace occup par ces dernires.

    Donc pour mieux comprendre le comportement mcanique des roches on appui sur :

    L'anatomie : les changements ou dformations des roches. La morphologie : l'analyse des formes de la surface, qui renseigne sur ce qu'on va

    trouver l'intrieur

    La physiologie : rend compte de ce qui se passe l'intrieur, naturellement ou sur intervention humaine.

    8.3. Classification des roches : ils existent trois types sont

    Roches ignes ou magmatiques (ruptives) Formes par le refroidissement et la solidification du magma, aux niveaux de surface

    (roches volcaniques ou effusives : laves) portent peu de cristaux. Aux profondeurs

    (roches plutoniques) portent plus de cristaux. Elles sont gnralement enrichies des

    silicates (minraux) tels que le quartz; feldspaths alcalins et plagioclases, amphiboles,

    micas, etc. les plus rpondues sont les granites.

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    Roches sdimentaires Se forment par des phnomnes exognes, par :

    le cumul des dpts des dbris organiques (organognes), les bitumes et le charbon.

    le dpt des lments dtritiques rsultant de la corrosion des roches magmatiques par l'intermdiaire d'une source :

    - mcanique (vents, prcipitations, coulements des fluides, ) - chimique (raction chimique entre fluide et roche)

    Les roches sdimentaires donnent naissance aux diffrents grs, argiles, glaises, marnes

    et conglomrats. Elles contiennent souvent des impurets en grandes quantits servant

    de ciment pour donner forme des schistes argileux, des calcaires grseux, des

    calcaires silicifis, des sables schisteux, etc. un autre groupes est form par des formations o leau sest vapore, pour donner naissance aux sels, anhydrites, gypses et potasses

    Etant donn leur importance, il est bon de rsumer les gites des minraux sdimentaires,

    tels que :

    Dtritiques or (dans les alluvions), diamant, oxyde de titane (Alluvion : Dpt de sdiments charris par les eaux d'une rivire, d'un fleuve.. )

    Chimiques par altration (dgradation de quelque chose) sur place (bauxite, oxyde de fer)

    Par transport et prcipitation (roches salines : gypse, sel gemme, chlorure de

    potassium) ; fer oolithique

    Biologique charbon, hydrocarbures

    Biochimique phosphates

    Roches mtamorphiques L'exercice des fortes tempratures et grandes pressions sur les 02 types prcdents des

    roches forme les roches mtamorphiques, les plus connues sont les schistes et les gneiss.

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    Chapitre II : Contraintes et contraintes principales dans le massif rocheux

    1. Contraintes et contraintes principales

    1.1. Continuit du milieu Un milieu continu est un milieu dont le comportement macroscopique peut tre

    schmatis en supposant la matire rpartie sur tout le domaine qu'il occupe.

    Au voisinage d'un point gomtrique de coordonnes ( ix , i=1, 2, 3), l'instant (t) il

    existe une distribution de masse volumique 3,2,1),,( itxdv

    dmi

    La fonction est suppose continue, toutes les autres proprits physiques de la matire

    seront galement continues.

    Isotropie Les proprits mcaniques des matriaux ne changent pas avec la direction autour du

    point.

    Homognit Les proprits mcaniques du matriau ne changent pas avec le point dans le corps

    Phnomnes de discontinuit La continuit des transformations doit tre absolue, elle n'est pas vrifie dans les cas

    suivants :

    Formation de troue : cavitation dans les liquides et les fissures dans les solides Glissement relatif des parties du milieu : sillage dans les liquides et le glissement

    dans les solides

    Choc de veines fluides

    1.2. Tenseur de contrainte

    1.2.1. Vecteur tenseur des contraintes

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    Soit D un domaine du milieu, de frontire A. les forces extrieures D sont :

    - Forces volumiques dvf

    , dans tout le volume, dont :

    f

    est une densit de force

    dv est un volume lmentaire

    - Forces superficielles (de contact) ou de tension dAt

    , sur la surface A, frontire de

    D, dont :

    test une densit de force ; dAn

    est un aire lmentaire

    Tension > 0 dirige vers l'extrieur de D Tension < 0 pression Le vecteur contrainte :

    dAnTfd

    tn TnTT

    Dont :

    nT la contrainte normale (algbrique)

    tT

    la contrainte tangentielle

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