RESUME:

Les mesures thermiques realisees au laboratoire sur les roches anisotropes sous diverses conditions specifiques, avec differentes teneurs en eau, à temperature ambiante allant de (20 a 250 °C), sous pression (0.1 à 50 MPa) mettent en evidence les variations de conductivite thermique des roches anisotropes en fonction de l'environnement. Les resultats permettent de demontrer l'effet de la microstructure, de la porosite, de la fissuration thermique sur la conductivite thermique. Les relations entre la conductivite et la teneur en eau, la temperature, la pression sont etablies.

ABSTRACT:

The measurement of thermal conductivity of several rocks with more or less marked anisotropy are taken in special environment conditions: water saturation, high temperature (20 to 250 °C), pressure (0.1 à 50 MPa). The results allow to analyse the effects of microstructure, porosity and thermo-cracking on thermal conductivity. The relationship between thermal conductivity and degree of water saturation, temperature, and stress are established.

ZUSAMMENFASSUNG:

Messungen der spezifischen Warmeleitfahigkeit von mehr oder weniger anisotropischen Gesteinen unter ganz bestimmten Bedingungen: verschiedene Wassergehalte, unterschiedliche ambiente Temperaturen (von 20°C bis 250 °C), wechselnder Druck (von 0,1 bis 50 MPa) heben die Abhangigkeit der Warmeleitfahigkeit gegenueber der Mikrostruktur, der Porositat, sowie der thermischen Klueftigkeit hervor. Die Beziehungen Zwischen Warmeleitfahigkeit, Wassergehalt, Temperatur und Druck sind somit erwiesen.

1. INTRODUCTION

La conductivite thermique des roches est un paramètre fondamental qui determine l'evolution de la ternperature dans Ie massif rocheux et la contrainte thermique d'une structure souterraine soumise à un chargement thermique. Cet article presente sur plusieurs types de roches anisotropes des mesures de conductivite thermique dans diverses conditions specifiques en utilisant deux methodes de mesures. L'echauffement axial d'un eprouvette cylindrique (flux unidimensionnel) et le choc thermique bidimensionnnel. Soumettant à une temperature constante (par un jet d'eau) sur une extremite d'un echantillon cylindrique, la methode de l'echauffement axial mesure I'evolution de la temperature d'un point dans l'echantillon et determine le coefficient de la conductivite thermique. Pour la methode dite de choc thermique bidimensionnel, il s'agit de placer une resistance electrique sur l'axe de l'echantillon (en forme de bloc de 15 cm de côte) à travers un trou de diamètre de 2 à 3 mm, Un courant electrique de puissance donnee dissipe une certaine energie par la resistance. L'evolution de la temperature dans l'eprouvette peut caracteriser à la fois les conductivites principales et la chaleur specifique. La solution analytique dans un milieu anisotrope est etablie par nos soins. Les descriptions techniques de l'experimentation sont publiees anterieurement dans les references: Su 1990, Su et Weber 1991, Su et Lebon 1993. Ces determinations specifiques (à temperature elevee, sous pression, avec une teneur en eau) permettent d'obtenir des resultats dans des conditions proches de celles in situ.

2. ANISOTROPIE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE

Le tableau 1 et 2 presentent les principaux paramètres geomecaniques et l'anisotropie des paramètres thermiques, rnecaniques, physiques des echantillons sur lesquels ont porte nos essais. Nous constatons que l'anisotropie thermique est beaucoup plus marquee que celle de la celerite des ondes ultrasonores, et celle du module d'elasticite. Les ardoises et le schiste de Bretagne ont une anisotropie thermique plus importante que celle des schistes de Cevennes. La texture des schistes (distribution dimensionnelle, orientation des mineraux) joue un rôle dominant dans l'anisotropie thermique. Nous constatons que plus les mineraux sont alignes plus l'anisotropie therrnique est marquee et ce d'autant plus que la dimension des mineraux est petite et sa distribution est homogène.

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