Etude de la fissuration des verres de stockage : comportement en condition de stockage géologique

Study of cracking storage glasses : Geological storage condition behavior

• Auteur / Autrice : Céline Mallet
• Direction : Yves Guéguen, Jérôme Fortin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 10/10/2014
• Etablissement(s) : Paris, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
• DOI : 10.70675/5dfb5595z65f3z423fz9007z87b8b42372b9

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fissuration

Mots clés libres

Verre

Fissuration

Microstructure

Fluage

Corrosion

Glass

Cracks

Microstructure

Creep

Corrosion

Résumé

L'objet de cette thèse est l’étude du comportement des fissures dans le verre. En particulier, l’évaluationde l’effet à long terme des contraintes en compression, est étudié par des essais de fluage. Le dispositifexpérimental utilisé est une presse triaxiale qui permet de confiner des échantillons cylindriques et de leurappliquer des contraintes axiales, une pression de pore ainsi qu’une variation de température. Un réseaude capteurs fixés sur chaque échantillon permet de mesurer la déformation, les vitesses de propagation desondes élastiques et les émissions acoustiques. Les échantillons de verre fournis pour cette étude sont fabriquéspar le CEA de Marcoule. Nous avons observé que le verre sain présente un comportement élastiquefragileet une grande résistance mécanique. Un réseau de fissures est ensuite introduit par choc thermique.L’étude de la microstructure du réseau initial a révélé que le choc thermique induit des contraintes detension aux bords de l’échantillon qui nucléent les fissures. Le réseau introduit est homogène et présenteune symétrie transverse isotrope. La densité de fissure du réseau peut être mesurée à partir d’images demicroscopie et aussi à partir des mesures de vitesses. L’étude de fluage a mis en évidence la propagationsouscritique des fissures. Un modèle théorique, reliant une loi de propagation des fissures à une descriptionen “wing-crack”, décrit bien le comportement expérimental. Une dernière étude est abordée qui met enévidence le rôle des fluides dans la propagation des fissures. À l’échelle du temps du laboratoire on montrealors que l’eau peut accentuer la propagation des fissures et qu’une corrosion chimique est aussi mesurable.

The purpose of this thesis is the study of crack behavior in glass. In particular, the long term effects ofcompressive stresses are observed through creep tests. The used experimental apparatus is a triaxial celldesigned to investigate the mechanical and physical properties of rocks under conditions of effective pressure,deviatoric stress, pore pressure and temperature. A set of sensors allows to measure radial and axialstrain, elastic wave velocities and acoustic emissions. The original boro-silicate glass samples are producedby the French Atomic Energy Commission (CEA). We observe that original glass has an elastic-brittlebehavior and a high mechanical strength. Then, the studied crack network is introduced with a thermalshock. The microstructural study of the initial crack network reveals that the thermal shock induces tensilestresses at sample edges which nucleate cracks. The network is homogeneous and has a transverseisotropic symmetry. The crack density can be measured from Scanning Electron Microscopy images andcan also be inferred from elastic wave velocities. Creep experiments evidenced the sub-critical crack propagation.A theoretical model, that links a crack propagation law to a “wing-crack” geometry, describesthe experimental behavior. A last point is reported that investigates the fluid role in crack behavior. Weobserve that the crack propagation is enhanced by the presence of a pore fluid. Chemical corrosion canalso be measured at our laboratory scale.