La maîtrise de la fracturation artificielle des roches est un enjeu économique essentiel pour le secteur des roches ornementales, les travaux publics et l'industrie pétrolière. Pour améliorer cette maîtrise, une étude des mécanismes de fracturation des roches par les techniques courantes de minage et de fracturation hydraulique est nécessaire. Ces techniques consistant à mettre en pression un fluide dans un forage éventuellement préfissuré, une analyse expérimentale ct théorique des mécanismes gouvernant l'initiation ct la propagation de fractures radiales autour d'un forage par injection contrôlée d'un fluide sous pression a donc été réalisée. Cette analyse procède par une revue bibliographique, par la mise au point et la réalisation d'essais de fracturation hydraulique contrôlée en laboratoire et par une étude théorique de l'influence d'un défaut de symétrie puis de l'anisotropie sur l'orientation des fractures. Malgré les symétries géométriques et de chargement des blocs, seul un faible débit d'injection a permis d'initier ct de propager une fracturation symétrique par rapport au forage. Un débit plus élevé a favorisé le développement uniforme d'une fracture selon l'axe du forage. Les fractures sont droites sur les faces des blocs, mais dévient légèrement du plan de symétrie censé les contenir. A débit fixé, les fractures se propagent à pression constante ou croissante. Le contrôle du débit d'injection a permis de maîtriser leur vitesse de propagation. La pression critique a été mesurée, ainsi que l'ouverture maximale de fracture à l'intérieur et en surface des blocs. L'étude théorique montre que ni un défaut de symétrie, ni la faible anisotropie mesurée n'expliquent, seuls, les légères déviations de fractures observées. Cependant, les résultats des calculs orthotropes ont une sensibilité aux variations des paramètres mécaniques de l'ordre des déviations observées. L'écart entre ces résultats et les déviations observées ne serait donc pas significatif.

CETTE THESE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE LA PROPAGATION DE FRACTURES DIRIGEES DANS DE MINCES PLAQUES DE VERRE, CONFIGURATION DANS LAQUELLE LA LOCALISATION DU FRONT DE FRACTURE PAR UN GRADIENT DE TEMPERATURE PERMET LE CONTROLE DE LA VITESSE DE PROPAGATION. SELON LA LARGEUR DE LA PLAQUE DE VERRE, CARACTERISANT LA QUANTITE D'ENERGIE ELASTIQUE DISPONIBLE DANS LE MILIEU, NOUS OBSERVONS DIFFERENTS REGIMES DE PROPAGATION. POUR DE FAIBLES LARGEURS, LA FRACTURE NE SE PROPAGE PAS ; AU DELA D'UNE LARGEUR SEUIL, LA PROPAGATION EST RECTILIGNE AU MILIEU DE LA PLAQUE ; ENFIN, APRES UNE DEUXIEME VALEUR SEUIL DE LA LARGEUR, LA FRACTURE SUIT UN CHEMIN OSCILLANT REGULIER, PUIS CHAOTIQUE. L'APPLICATION DU CRITERE DE GRIFFITH AU SEUIL DE PROPAGATION, PAR CONFRONTATION AVEC UN MODELE ELASTIQUE BIDIMENSIONNEL, DONNE ACCES A L'ENERGIE DE SURFACE DU VERRE, DONT LA VALEUR NE DEPEND PAS DE LA VITESSE DE PROPAGATION DANS LE DOMAINE ETUDIE. L'ETUDE DE LA TRANSITION DE LA PROPAGATION RECTILIGNE VERS LA PROPAGATION OSCILLANTE NOUS PERMET D'AFFIRMER QUE LE CRITERE DE STABILITE DE COTTERELL ET RICE NE S'APPLIQUE PAS ICI. ENFIN, NOUS ETUDIONS LA PROPAGATION DE PLUSIEURS FRACTURES EN INTERACTION ET NOUS MONTRONS QUE POUR UN SYSTEME DE SUFFISAMMENT GRANDE TAILLE, LA DISTANCE D'EQUILIBRE ENTRE LES FRACTURES EST UNE LONGUEUR INTRINSEQUE AU SYSTEME.

POUR ETUDIER LES LOIS DE COUPLAGE HYDROMECANIQUE DES FRACTURES, UN LABORATOIRE DE TERRAIN A ETE CREE SUR UN BLOC D'UN METRE CUBE DANS UNE CARRIERE AU MAYET DE MONTAGNE, 4 CAMPAGNES D'ESSAIS HYDROMECANIQUES ONT ETE REALISEES. IL A ETE PREVU QUE LE PROBLEME POURRAIT ETRE TRAITE CORRECTEMENT PAR UN MODELE 2D PUISQUE LE BLOC D'ESSAI A UN PLAN DE SYMETRIE. CECI S'EST REVELE VRAI POUR LES PREMIERS ESSAIS PUREMENT MECANIQUES MAIS PAS POUR LES ESSAIS QUI ONT SUIVI. DES PRODUCTIONS D'EAU A L'EXTERIEUR DU BLOC D'ESSAIS AU COURS DES ESSAIS HYDROMECANIQUES EN 1992 NOUS A CONDUIT A PENSER QU'UNE FRACTURE SUBHORIZONTALE A ETE CREEE PAR L'INJECTION D'EAU ET QUE LE PROBLEME N'ETAIT PLUS BIDIMENSIONNEL. CELA A ETE CONFIRME PAR LES CAROTTAGES DE 1993. DEUX FRACTURES NON PARALLELES ONT ETE IDENTIFIEES ET DONC LE PROBLEME EST VRAIMENT TRIDIMENSIONNEL. UN MODELE 3D EST INDISPENSABLE POUR INTERPRETER LES DONNEES OBTENUES ENTRE 1990 ET 1992. LA METHODE DE DISCONTINUITE DE DEPLACEMENT EN 3D DANS UN ESPACE SEMI-INFINI A ETE CHOISIE PUISQU'ELLE NE NECESSITE LA DISCRETISATION DU VOLUME, NI DE LA SURFACE LIBRE HORIZONTALE. LE PROGRAMME DEVELOPPE A ETE VERIFIE PAR DE NOMBREUX TESTS. UNE NOUVELLE CAMPAGNE D'ESSAIS A ETE REPRISE SUR UN NOUVEAU SITE DANS LA MEME CARRIERE AU MAYET DE MONTAGNE EN 1995 SUR UNE FRACTURE SUPPOSEE AVOIR UNE GEOMETRIE SIMPLE ET BIEN CONNUE. L'OBJECTIF ETAIT DE RESOUDRE TOUT D'ABORD LE PROBLEME SIMPLE ET ORIGINAL. LE BON FONCTIONNEMENT DU SYSTEME D'ESSAIS A ETE BIEN VERIFIE PAR LES PREMIERS ESSAIS D'ELASTICITE ET LA TRES BONNE CORRELATION ENTRE LES OUVERTURES HYDRAULIQUES ET MECANIQUES. LA METHODE DE MESURE DE CONTRAINTE HTPF A ETE VALIDEE PAR LA TRES BONNE COHERENCE ENTRE LA CONTRAINTE NORMALE CALCULEE ET LA PRESSION DE REOUVERTURE MESUREE SUR LE PLAN DE LA FRACTURE. CERTAINES CHENALISATIONS D'ECOULEMENT D'EAU, EN PARTICULIER, LA DISTRIBUTION DISSYMETRIQUE DE PRODUCTION D'EAU, ONT ETE BIEN EXPLIQUEES PAR LA MODELISATION. LE DECALAGE ENTRE LA REPONSE DES EXTENSOMETRES ET L'ARRIVEE D'EAU A LA SURFACE NOUS A PERMIS DE PROPOSER UNE EXPLICATION POUR LES BAISSES TRANSITOIRES DE NIVEAU D'EAU OBSERVEE LORS D'INJECTION DANS UN FORAGE VOISIN. FINALEMENT, LA MODELISATION DE LA PROPAGATION DE FRACTURE NOUS A PERMIS DE CONCLURE QUE NOTRE METHODOLOGIE EST VALABLE ET QUE NOS OUTILS SONT OPERATIONNELS.