Interprétation de mesures de déformation en forage en terrain anisotrope : retour d’expérience de l’utilisation de cellules CSIRO dans l’argilite de Tournemire (Aveyron)

Interpretation of the hole's strain measurements in anisotropic field : feedback from the use of CSIRO cells in the Tournemire argillite (Aveyron)

• Auteur / Autrice : Abdelmonem Ben Ouanas
• Direction : Jack-Pierre Piguet, Yann Gunzburger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique - Génie civil
• Date : Soutenance le 26/11/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement géomécanique et ouvrages (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Pellet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jack-Pierre Piguet, Yann Gunzburger, Frédéric Pellet, Denis Fabre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Fabre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Roches -- Déformation

Tournemire (Aveyron)

France

Argilite

Mots clés libres

Mesures de déformation

Caractéristiquesélastiques anisotropes

État de contrainte

Argilite de Tournemire

Modélisation

Colle époxy

Endommagement

Strain measurement

Anisotropic elastic parameters

State of stress

Tournemire argilite

Modelling

Epoxy glue

Damage

Résumé

En géomécanique, la caractérisation de l’état de contrainte et de la rhéologie d’un massif rocheux peut être obtenue en mesurant la réponse en déformation du terrain sous l’effet d’une sollicitation connue. Une méthode parmi d’autres consiste à recourir pour cela à une cellule de mesure intégrée (comportant des capteurs de déformation orientés selon différentes directions) installée dans un forage et rendue solidaire du massif par l’intermédiaire d’une colle époxy. Ce principe de mesure est utilisé, notamment, pour déterminer l’état de contraintes in situ par la méthode dite de « surcarottage » et les caractéristiques élastiques de la roche à partir de l’essai « biaxial ».Entre novembre 2005 et janvier 2006, une campagne d’essais géomécaniques de ce type a été menée dans l’argilite de Tournemire (Aveyron, France), à l’aide des cellules CSIRO. Les mesures de déformation obtenues ont révélé des phénomènes inhabituels qui ont rendu délicate la détermination des caractéristiques élastiques anisotropes de la roche et impossible l’accès aux contraintes du site.La présente thèse a pour objectif de contribuer, par la recherche d’explications à l’origine de ces phénomènes, d’une part, à l’amélioration de la connaissance du comportement de l’argilite de Tournemire et, d’autre part, à l’amélioration du protocole de mesure et d’interprétation de déformations obtenues par cellules CSIRO.Notre démarche consiste, dans un premier temps, à émettre un certain nombre d’hypothèses explicatives des phénomènes observés par la recherche bibliographique. Dans un deuxième temps, nous testons ces hypothèses à travers la modélisation analytique et numérique des essais de surcarottage et biaxiaux, puis à travers la réalisation de nouvelles expérimentations in situ et en laboratoire sur l’argilite, mais aussi sur des matériaux-tests (ciment, échantillon de colle).Nous concluons que les phénomènes inhabituels observés résultent, pour l’essentiel, des conditions de mise en œuvre in situ des cellules CSIRO. En particulier, nous mettons l’accent sur les artéfacts induits par le comportement visco-plastique de la colle époxy lorsqu’elle n’est pas parfaitement polymérisée. Le rôle de l’endommagement de la roche généré par les opérations de forage est également discuté. Nous en tirons des recommandations pratiques pour la réalisation de nouveaux essais dans des conditions similaires

In Geomechanics, determining the state of stress and the rheology of rock massive can be obtained by measuring the strain response of the ground under the effect of a known stress. A method among others is to use a cell integrated (with strain gauges oriented in different directions) installed in a borehole and secured to the mass through an epoxy glue. This measurement is used, notably, to determine the stress state in situ by the « overcoring » method and the elastic parameters of the rock from the « biaxial » test.Between November 2005 and January 2006, a geomechanical testing campaign was conducted in the argillaceous formation of the Tournemire experimental site (Aveyron, France) using CSIRO Hi cells. The strain measurements obtained during overcoring and biaxial tests, have shown unusual phenomena, which have made difficult the determination of anisotropic elastic parameters of the rock and the access to the site stress.Therefore, through researches for explanations of the origin of these phenomena, this thesis aims to improve and to contribute to the understanding of argillite Tournemire’s behaviour and to upgrade the measurement protocol as well as the interpretation of cells CSIRO’s strain.Our approach is, firstly, to issue a number of hypotheses to explain certain, phenomena observed in literature. In a second step, we test these hypotheses through analytical and numerical modelling of the biaxial and overcoring tests then through the realization of new experiments in situ within laboratory on argillite, and also on materials tests (cement, sample of glue).We conclude that the unusual phenomena observed are essentially the result of the conditions for implementing in situ CSIRO’s cell. In particular, we focus on the artefacts induced by the visco-plastic behaviour of the epoxy glue when it is incompletely polymerised. The role of damage on the rock generated by drilling operations is also discussed. We draw some practical recommendations for implementing new tests under similar conditions