Résumé
Les roches carbonatées karstifiées sont omniprésentes dans les aquifères et les réservoirs d'hydrocarbures. L'écoulement des fluides et le transport de masse sont très hétérogènes dans ces systèmes en raison des conduits très perméables créés par la dissolution des réseaux de fractures préexistants. La modélisation de la karstification peut permettre de mieux comprendre la distribution spatiale des propriétés hydrodynamiques et de transport dans les roches carbonatées karstifiées. Dans cette thèse, un modèle hydrochimique (HC) 3D est d'abord développé pour simuler la karstification naissante dans les carbonates à couches jointives. Ce modèle est capable de prendre en compte non seulement la compétition de dissolution entre les différentes voies de fractures percolantes, mais aussi la formation de vortex à l'intérieur des fractures individuelles. Le modèle HC 3D permet de caractériser la complexité structurelle des roches fracturées en 3D afin de saisir l'effet de l'interaction entre les plans de litage à grande échelle et les joints à petite échelle sur la karstification. Ensuite, la dynamique de la formation des vortex dans la modélisation 3D et son effet sur la dissolution à l'échelle du réseau sont détaillés en comparaison avec la modélisation 2D. Sur la base du modèle HC développé, l'effet sur la karstification des fluctuations saisonnières de la recharge dans différents contextes climatiques est étudié plus en détail. Ensuite, le modèle HC est étendu à des processus de couplage plus complexes : 1) le modèle hydro-thermo-chimique (HTC) incorporé avec la solubilité associée à la température et les taux de dissolution ; 2) le modèle hydro-mécano-chimique (HMC) incorporé avec les réponses mécaniques complexes des fractures telles que la fermeture non linéaire des fractures et l'affaiblissement mécanique induit par la dissolution. Cette thèse comble les lacunes des études précédentes avec de nombreuses simplifications concernant les cadres géologiques, les conditions de recharge et les environnements in situ (effets de la température et du stress). Les différents scénarios de simulation sont également mis en évidence par des observations réelles sur le terrain, soulignant l'importance de ces facteurs pour prédire avec précision les schémas de dissolution et les temps de percée. Cette thèse peut également fournir des implications importantes pour diverses applications d'ingénierie telles que les fuites des barrages karstiques, l'acidification des réservoirs et le développement géothermique.