Auscultation et surveillance des perturbations hydromécaniques d'ouvrages souterrains par méthodes ultrasonores

Auscultation and surveying of the hydromechanical perturbations in underground build by measurement and analyse of ultrasonic wave propagation in rock

• Auteur / Autrice : Jamil Damaj
• Direction : Françoise Homand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil, hydrosystèmes, géotechnique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Suisse

France (est)

Argilite

Roches -- Fracturation

Ondes -- Propagation

Tomographie sismique

Résumé

Une excavation souterraine induit une redistribution du champ de contrainte, une variation de pression des pores et en conséquence l'apparition d'une zone endommagée ou fracturée. L'étude de la zone endommagée (EDZ : Excavation Damaged Zone) est essentielle dans la problématique du stockage souterrain pour lequel il est nécessaire d'empêcher le passage préférentiel des matériaux stockés vers la biosphère. Plusieurs études ont été abordées lors de ces quinze dernières années afin d'étudier le comportement hydromécanique de la zone endommagée. Les méthodes d'auscultation et de surveillance du champ de vitesse des ondes sismiques, acoustiques ou ultrasoniques peuvent caractériser la zone endommagée aux échelles du laboratoire et in situ. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'étendue de la zone endommagée par l'étude des éléments d'un train d'ondes ultrasonores se propageant dans un milieu argileux à l'échelle centimétrique (laboratoire) et à l'échelle métrique (in situ). Des échantillons ont été prélevés au laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne (France) à une profondeur de 472 m et soumis à un chargement triaxial et uniaxial. Ces éprouvettes ont été étudiées par méthodes ultrasonores. Ces traitements nous ont permis d'étudier les éléments caractérisant un train d'ondes suivant différentes directions en fonction de la contrainte appliquée. Les résultats montrent une chute de la vitesse et une augmentation de l'atténuation pour des rais se propageant perpendiculairement à la contrainte. Une expérimentation in situ du nom d'EDZ Cut-Off conduite par l'ANDRA dans une galerie du laboratoire souterrain du Mont Terri (Suisse). Elle consistait à caractériser la réponse des argilites à Opalinus lors du creusement d'une saignée dans le mur, perpendiculairement à la galerie et de son reconfinement par un système de vérins hydrauliques. Pour cela, une auscultation par tomographie ultrasonique a été mise en œuvre pour caractériser l'endommagement dû au creusement de la galerie. Ensuite, un dispositif de surveillance du champ de vitesse a permis de suivre l'évolution de l'endommagement induit par la saignée pendant son creusement et pendant son reconfinement. La surveillance du champ de vitesse lors de l'excavation de la saignée a montré l'extension de la zone endommagée jusqu'à 0,2 m sous la base de la tranchée. La surveillance du champ de vitesse lors de la remise en pression a montré, qu'au parement de la saignée, l'évolution de la vitesse de la propagation des ondes est bien corrélée avec les niveaux de pression. La densité de fissuration durant les trois phases de l'expérimentation a été estimée dans le cadre de cette thèse

During the excavation of a gallery, whatever the excavation method is, the surrounding rock mass is mechanically disturbed. These distributions can lead to the instability of a part or all of the excavation. In addition, in case of a stock framework, these mechanical changes of the rock state can create preferential ways for the release of the stocked material end side the excavation (nuclear or chemical wastes gas, brine. . . ) up to biosphere. The mechanical characterization of this disturbed zone is then essential to determine the rock capacity to constitute a geological impermeable rock barrier. A set of preliminary experiments has been done on samples of the clay from Bure (Meuse/Haute-Marne) in France where the samples are subject to uniaxial compressive stress and to triaxial compressive stress at 10 MPa confining pressure. During these experiments, some velocity measurements were made into several directions, acoustic emissions monitoring was also performed. The results show that the confining pressure has a strong influence on the P-wave velocity and the threshold of dilatancy. And according to the ray incidence with the lithology, there is a correlation between classical mechanical parameters of damage and P-wave. Therefore, the signal changes in clay are a good indicator of confining and damaging. Therefore, the stake is to determine the nature, the extension, and the change of this disturbed zone. The survey by ultrasonic waves analysis is particularly appropriate for these objectives because it allows us to get knowledge about the zone undisturbed by the boreholes. The main objective of this part is to describe a new in-site experiment (EDZ cut-off) that was realised in the Opalinus Clay in the Mont Terri Rock Laboratory in Switzerland. This experiment includes the use of the seismic imaging method for understanding the evolution of the excavation damaged zone before and after a slot excavation. The velocity before and after the reloading of the slot excavation and the survey during the slot excavation showed a decrease of the P-wave velocity, under the slot floor down to 0. 2 m deeper. The reloading clearly improves the P-wave propagation along the sidewall and weakly decreases the same characteristic under the slot. During the all the phases of this thesis the wave attenuation and the number density of cracks were estimated