Réactivation Hydro-Mécanique d’une Faille Rate & State ˸ Glissement, Sismicité et Évolution de Perméabilité

This PhD thesis is dedicated to the study of injection induced fault reactivation using a coupled hydro-mechanical rate and state modelof a fault. Even though the principal mechanisms behind induced fault reactivation are well known, different aspects are not yet fully explored, nor understood. In the first part of this thesis, we explore successively the role of the injection protocol (in particular, injection maximum pressure and injection pressure rate), and the fault frictional parameters on the rate of induced events and their magnitude content, for different heterogeneous 2-D fault configurations. We first point out a temporal correlation between the seismicity rate and the pore pressure rate governing the fault. We then show a dependence of the rate and magnitude content of the seismic events on the injection parameters, as well as the existence of an important trade-off between them, which could not be addressed using the Dietrich(1994)’s seismicity rate model. Concerning the frictional parameters, we show that for the faults tested in this study, the ones having a more stable frictional behavior exhibit a lower induced seismicity rate and seismic moment released. In the last part of this study, the variation of the hydraulic diffusivity during fluid injection with shear slip and effective stress reduction is addressed. For this, we use laboratory injection experiments on an Andesite rock sample, during which the pore pressure was measured at two locations along the fault plane. In an inversion framework, we estimate the best model and the associated uncertainties of an effective diffusivity history that could explain the experimental data. Using this information, we could extend our hydro-mechanical model, which would allow the computation of pore pressure, diffusivity and slip changes along the experimental fault.Cette thèse est dédiée à l’étude de la réactivation de faille par injection de fluide, à l’aide d’un modèle hydro-mécanique de faille rate and state. Bien que les principaux mécanismes à l’origine de la réactivation de faille soient bien connus, différents aspects ne sont pas encore complètement explorés. Dans la première partie de cette thèse, on étudie le rôle du protocole d’injection (pression maximale et taux de pression d’injection), ainsi que le rôle des paramètres de frottement sur le taux de sismicité et la distribution de magnitude, pour des failles2-D hétérogènes. On souligne d’abord une corrélation temporelle entre le taux de sismicité et le taux de pression de pore gouvernant la faille. On montre ensuite une dépendance du taux de sismicité ainsi que de la distribution des magnitudes sur les paramètres d’injection. Une compensation entre ces deux existe pour de grandes valeurs du taux de pression d’injection. Ce comportement ne peut pas être abordé par le taux de sismicité proposé par Dietrich (1994). En outre, on montre que les failles ayant un comportement de frottement plus stable présente un taux de sismicité et un moment sismique plus faibles. Dans la dernière partie de cette étude, la variation de la diffusivité hydraulique au cours de l’injection de fluide avec l’accumulation du déplacement et la réduction de la contrainte normale effective sur la faille est abordée. On utilise des expériences d’injection (échelle du laboratoire) sur un échantillon d’andésite, où la pression de pore est mesurée à deux endroits sur la faille. En appliquant des méthodes d’inversion, on estime le meilleur modèle de diffusivité et les incertitudes associés, pouvant expliquer les données expérimentales. Avec ces résultats, on peut étendre notre modèle hydro-mécanique, afin de pouvoir calculer la pression de pore, la diffusivité hydraulique et le déplacement accumulé sur la faille