Porosité

La porosité est l'ensemble des interstices (connectés ou non) d'une roche ou d'un autre matériau pouvant contenir des fluides (liquide ou gaz).

La porosité est aussi une valeur numérique qui caractérise ces interstices, le rapport du volume des vides du matériau divisé par le volume total. Cette valeur est usuellement appelée Φ.

On distingue deux catégories de porosité : la porosité de fissures et la porosité de pores.

Une fissure est un espace vide dont deux dimensions sont nettement supérieures à la troisième. La porosité de fissure est liée à des contraintes mécaniques ou thermiques. Dans l'industrie pétrolière et gazière ou dans d'autres contexte, la fracturation hydraulique de la roche vise à en augmenter la macro porosité, et moindrement la micro-porosité.

Différents types

On distingue plusieurs sortes de porosité :

• porosité occluse ou fermée : c'est la porosité des pores non accessibles par les agents extérieurs (inutilisables pour l'exploitation de la ressource) ;
• porosité libre : par opposition à la porosité occluse ou fermée ;
• porosité piégée : c'est une porosité libre ne permettant pas la récupération des fluides piégés ;
• porosité utile : c'est la porosité qui permet la récupération de la phase piégée (terme principalement utilisé par les pétroliers) ;
• porosité résiduelle : c'est la porosité due aux pores ne communicant pas entre eux ou avec le milieu extérieur ;
• porosité totale : c'est la somme de la porosité utile et de la porosité résiduelle ;
• porosité efficace : c'est un terme surtout employé en hydrogéologie. Cette porosité est celle où l'eau circule et est récupérable.

Les roches poreuses peuvent être des roches réservoirs, c'est-à-dire contenant un fluide (gaz naturel, pétrole, eau) ; ce fluide peut être arrivé naturellement (réserves naturelles de pétrole ou de gaz) ou injecté par l'homme stockages souterrains).

La porosité peut également résulter d'une condensation de lacunes dans un cristal. Il s'agit en général de pores fermés, situés au sein d'un cristal ou bien aux interfaces : joint de grain, interface métal/oxyde.

Article détaillé : Pore (cristallographie).

Modèles de porosité

Modèles statistiques

Les modèles statistiques consistent à définir une fonction de points f(M), où M est un point dépendant des coordonnées d'espaces.

On attribue alors la valeur 1 à la fonction si le point M se situe dans le vide, et la valeur 0 si le point se situe dans le solide.

Ces modèles permettent de modéliser dans l'espace la porosité d'un matériau. Cependant ils donnent de mauvais résultats qualitatifs.

Arrangements de sphères

Faisceau capillaire - Modèle de Purcell

Ce modèle permet de modéliser la porosité mais également la perméabilité. Il consiste à définir un certain nombre de capillaires droits qui traversent le matériau. Ce modèle est satisfaisant conceptuellement mais dans la pratique il représente mal la réalité. En effet, les capillaires sont droits et ne communiquent pas entre eux.

Rose et Bruce ont amélioré ce modèle en prenant en compte la tortuosité Τ des capillaires.

Modèle en réseau de Fatt (1956)

Modèle de Houpeurt et Ehrlich

Mesure de la porosité

Pour mesurer la porosité, on peut déterminer trois paramètres :

• Vt, qui est le volume total de l'échantillon ;
• Vs, qui est le volume de l'échantillon sans sa porosité ;
• Vp, qui est le volume des pores.

Méthodes directes de mesures au laboratoire

On distingue :

• les mesures sur échantillons "frais" ou "préservés" ;
• les mesures sur des échantillons "extraits" ou "exposés".

Mesure de la porosité sur des échantillons "frais" ou préservés"

Il existe une seule méthode qui est dite "de sommation des fluides". Elle implique d'enrober l'échantillon (avec de la paraffine par exemple) à la sortie du carottage, pour que les fluides présents dans la porosité ne s'échappent pas.

Les volumes d'air sont mesurés à l'aide d'un porosimètre à mercure. Les volumes d'eau et d'hydrocarbures sont mesurés par distillation fractionnée à température ordinaire.

Mesure de la porosité sur des échantillons "extraits" ou "exposés"

En laboratoire, les échantillons doivent être dans le même état physique avant de réaliser les mesures, ce qui impose de les préparer. Il faut tout d'abord extraire les fluides de l'échantillon, avec, par exemple :

• un extracteur Soxhlet ;
• un extracteur Dean-Stark  ;
• une extraction par centrifugation ;
• une extraction par distillation sous vide.

Mesure du volume total Vt

Mensuration

Mesure de Vt à l'aide d'une pompe volumétrique

Mesure par poussée d'Archimède

Mesure de Vs

Utilisation du pycnomètre

Méthode d'immersion

Utilisation d'une chambre de compression

Mesure de Vp à l'aide d'un porosimètre à mercure

Il s'agit d'injecter sous pression un volume de mercure à l'échantillon.

Le mercure remplit les vides d'un échantillon de roche préalablement séché. Il ne reste qu'à regarder le volume de mercure injecté pour avoir le volume des pores ainsi que la distribution de la taille des pores.

Détermination de la porosité in situ : diagraphies

diagraphie neutron

Une sonde envoie des neutrons dans un puits. Ceux-ci se réfléchissent sur les hydrogènes de l'eau et reviennent à un récepteur ralentis. Le capteur compte le nombre de neutrons revenus. Cette méthode n'est pas fiable pour les sols contenant une trop grande fraction d'argiles. De plus elle a l'inconvénient de faire l'hypothèse que le sol est saturé en eau.

mesure de la résistivité du terrain

A l'exception des argiles, les matériaux usuels du sol sont isolants, mais l'électricité circule dans la phase mouillée du sol.

De ce fait, en faisant l'hypothèse de sols saturés en eau, la résistivité du sol sera fonction de la porosité.

Voir aussi

Articles connexes

• Capillarité
• Surface spécifique
• Perméabilité
• Teneur en eau (Milieux poreux)
• fracturation hydraulique