Caractérisation par la mesure de perméabilité au gaz de l’endommagement mécanique et hydrique dans l’EDZ des argilites du Callovo-Oxfordien

par Diansen Yang

Thèse de doctorat en Géologie de l''ingénieur

Sous la direction de Joël Billiotte.

Soutenue en 2008

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’étude des propriétés de confinement vis-à-vis des gaz des argilites du Callovo-Oxfordien du site de Meuse/Haute-Marne au voisinage d’un puits d’accès afin de répondre les questions sur la stabilité des ouvrages souterrain. Un protocole de mesure de la perméabilité au gaz a été élaboré en prenant en compte la très faible perméabilité des argilites et les effets de désaturation. Les trajets de chargement mécanique et de pression de gaz ont été déterminés par rapport aux chargements in situ. La perméabilité au gaz sur des éprouvettes prélevées à différentes distances, de 0,1 à 12,5 m, de la paroi du puits d’accès au LSMHM a été mesurée pour caractériser l’EDZ. Les résultats obtenus sous iso de 11 MPa sont compris entre 10-21 et 10-22 m² et ils ne présentent pas de variations significatives entre la zone potentiellement endommagée et la zone présumée intacte. Sous chargement déviatorique, la variation des mesures de perméabilité est peu significative compte tenu de la précision du dispositif de mesure. Des éprouvettes jumelles d’argilites supposés intactes ont subi différents paliers hydriques à l’aide des solutions salines (HR variant de 25 % à 98 %) pour constituer un cycle complet désaturation – resaturation. Pour chacune des Sr imposées, des mesures de perméabilité ont été effectuées. Les caractéristiques de sorption et désorption ont été mesurées et analysées. Kgaz sous iso de 5 MPa augmente de 10-21 m² à 10-18 m² lorsque HR varie de 98 % à 25 %. Kgaz et Sr d’argilites présentent une relation quasi-linéaire dans un repère log(k)-Sr. L’étude de l’évolution de kgaz en fonction de 1-3 confirme un faible effet du 1-3 sur kgaz, même si 1-3 dépasse le seuil d’endommagement et s’il est proche de rupture. La déformabilité et la vitesse des ondes des éprouvettes d’argilites ont été suivies pendant les essais. La microstructure des argilites a été étudiée à l’aide de la porosimétrie au mercure. Les facteurs influençant la mesure de perméabilité tels que : l’effet Klinkenberg, la variation du degré de saturation pendant l’essai, la dissolution du gaz et le déplacement d’eau par le gaz, et surtout l’étanchéité du système, ont été abordés dans cette étude.

  • Titre traduit

    Characterization of the mechanical and hydraulic damage in the excavation damaged zone of MHM with gas permeability measurement


  • Résumé

    The work presented here covers the investigations on the variation of geomechanical proprieties of the approximately 500 m deep MHM in France (mudstone in the departments of Meuse/Haute-Marne), chosen as a potential medium for nuclear waste disposal by ANDRA. In order to measure the very low permeability of mudstone and to observe the dependency on saturation, a special test scheme on measurement of gas permeability has been developed. In the scheme, in situ referenced stresses have been chosen as the stresses acting on the solid matrix. To estimate the mechanical damage of storage induced by the excavation, laboratory tests on gas permeability have been conducted on samples recovered from different locations situated at different distances from the wall of the main access shaft of the MHM (from 0,1 m to 12,5 m). Results of gas permeability obtained under iso of 11 MPa vary between 10-21 and 10-22 m² and do not show significant variations between damaged zones and intact zones. The variation of gas permeability under the cycle of loading and unloading is not significant. The oviparous intact samples have been imposed different saturations by salt solutions (with HR from 25 % to 98 %) to form a cycle of de- and re-saturation. The characters of mudstone during the sorption and desorption were measured and analyzed. Kgaz under iso of 5 MPa increases from 10-21 to 10-18 m² when the HR decreases from 98 % to 25 %. A quasi-linear relation between log(k) and Saturation has been observed and mathematically formulated. The study of kgaz as a function of deviator stress confirms that the effect of the deviator is not evident, even when the deviator excesses the damage threshold. The deformation and the acoustics velocity of samples have been traced during the tests and the microstructure of mudstone has been studied with the method of mercury intrusion. The factors influencing the measure of gas permeability, such as the Klinkenberg effect, the variation of saturation during the tests, the dissolution of gas in water and the water transformation due to the gas pressure, especially the leak tightness of the testing system, have been discussed in the study

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  • Détails : 1 vol. (208 p.)
  • Annexes : Bibliographie 122 réf.

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