Étude des propriétés hydriques et des mécanismes d ... - sacre

Chapitre 3 : Etude des propriétés hydriques
et qui s’exprime en m/s car elle représente la vitesse de filtration du fluide. Ainsi la perméabilité est
une caractéristique propre du matériau, alors que la conductivité hydraulique est caractéristique des
conditions d’écoulement dans un matériau donné pour un fluide donné.
Pour l’eau, K (m/s) ≈ 10 -7 k (m 2 ).
L’unité du Système International (m 2 ) étant mal adaptée pour exprimer les perméabilités des roches
sédimentaires, l’unité courante est le Darcy (D). Le Darcy correspond à la perméabilité d’un milieu
qui laisse s’écouler, pour un fluide de viscosité de 1 centipoise, un débit de 1 cm 3 /s, à travers une
section de 1 cm 2 sous la gradient de pression de 1 atmosphère (760 mm Hg – 101325 Pa) par
centimètre. 1 Darcy équivaut donc à 0,97.10 -12 m 2 .
Cette loi a été établie pour un écoulement en régime monophasique, où il n’y a aucune interaction
physico-chimique entre le fluide et le solide (adsorption du fluide, dissolution du solide). Pour les
pierres calcaires, il est supposé que la proportion de calcite ou d’autres minéraux pouvant se dissoudre
est négligeable, et ainsi il n’y a pas de modification du réseau poreux durant l’écoulement. De plus, la
loi de Darcy décrit un écoulement parfaitement laminaire, c’est-à-dire que les particules fluides
progressant dans une même direction ont une vitesse constante suivant des lignes de courant
continues. Il faut donc que la vitesse du fluide à travers le réseau poreux ne soit pas trop élevée, et
donc suivant la perméabilité du milieu, éviter les gradients de pression trop importants. Dans ses
travaux, Bousquié (1979) cite Monicart (1975) qui a formulé, suivant l’ordre de grandeur attendue de
la perméabilité, les gradients de pression à appliquer afin de ne pas avoir un écoulement qui aurait un
débit trop important (Tab. III.6) dans le cas du gaz et du liquide.
k (mD) 0,1 1 10 100 1000
liquide ∆P/L (10 5 Pa/cm) - 50 5 0,5 0,05
gaz ∆P/L (10 5 Pa/cm) 10 3 1 0,5 -
Tableau III.6 : gradient de pression à ne pas dépasser suivant la perméabilité (Monicart, 1975)
De plus, la nature de l’écoulement d’un fluide est déterminée par le nombre de Reynolds Re, qui
quantifie le rapport entre l’énergie cinétique du fluide en mouvement et son énergie visqueuse. Le
passage d’un régime laminaire à un régime turbulent est caractérisé par un nombre de Reynolds de
l’ordre de 2000 pour des conduits cylindriques à parois lisses. Dans le cas d’un milieu poreux d’une
roche, constitué par des conduits rugueux et tortueux dont la géométrie peut être définie comme une
suite d’étranglements et d’évasements, les conditions pour maintenir un régime laminaire doivent être
plus sévères. L’écoulement sera considéré comme laminaire si l’énergie cinétique du fluide est
négligeable par rapport à son énergie visqueuse, c’est à dire pour une valeur de Re très inférieure à 1
(Guégen & Palciauskas, 1992).
Kévin Beck (2006) 107