Comportement mécanique des argilites de MHM : influences de la saturation, de la composition minéralogique et de la température

Mechanical behavior of MHM argillites : influences of the saturation, mineralogic composition and temperature

• Auteur / Autrice : Fan Zhang
• Direction : Jianfu Shao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 09/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Micromécanique (physique du solide)

Matériaux poreux

Teneur en eau

Propriétés thermiques

Propriétés mécaniques

Composition chimique

Argilite

Mots clés libres

Homogénéisation non linéaire

Résumé

Des argilites sont étudiées comme barrières géologiques potentielles pour le stockage des déchets radioactifs. Ce travail est consacré à l’étude expérimentale et à la modélisation du comportement mécanique des argilites de Meuse- Haute Marne avec prise en compte des influences de la saturation, de la composition minéralogique et de la température.Un grand nombre d’études expérimentales ont été effectuées sur le comportement mécanique. Ce travail propose de réaliser de nouvelles expériences pour compléter les données existantes. L’accent est mis sur les influences de la saturation, et la composition minéralogique et de la température. Des essais de micro-indentation et de mini compression sont effectués sur des échantillons de petites tailles sous différentes humidités relatives et températures. Ces essais permettent d’obtenir une meilleure distribution de saturation au sein des échantillons. Les variations des propriétés élastiques et de la résistance mécaniques des argilites sont étudiées en fonction de saturation et de température. Des échantillons provenant de différentes profondeurs sont étudiées et les influences de la composition minéralogique sur les propriétés mécaniques sont mises en évidence.Ce travail propose d’utiliser un modèle micromécanique basé sur une méthode d’homogénéisation non linéaire, ceci afin de prendre en compte des influences de la composition minéralogiques comparant avec des modèles phénoménologiques. L’argilite est schématisée par un matériau à trois phases : la matrice argileuse élastoplastique, des grains de calcite et de quartz élastiques linéaires. Des comparaisons entre les simulations et les données expérimentales sont présentées.

Clayey rocks are largely investigated for the feasibility study of geological storage of radioactive wastes. In that context, the clayey rocks are subjected to solicitations of different origin: stress variation due to cavity excavation, change of water saturation degree (drying and resaturation), variation of temperature due to exothermal wastes, and chemical reaction processes. Therefore, it is necessary to develop coupled THM-C modelling for the short and long term feasibility analysis of geological storage facilities. The present work is devoted to experimental investigation and modelling of mechanical behaviour of Meuse- Haute Marne (MHM) argillites by taking into account influences of saturation, mineralogical composition and temperature.A number of laboratory investigations have been performed for studying mechanical behaviour of MHM argillites. We propose to realize new investigations to extend and complete existing data. The emphasis is put on the influences of saturation and temperature. Micro-indentation and mini compression tests are conducted on small size samples under different values of relative humidity and temperature. Argillite samples from different depth are then investigated and the influences of mineralogical composition on mechanical properties are shown.In the present work, we propose to apply a homogenization-based micromechanical model. Comparing with the macroscopic models, it can describe influences of mineralogical compositions on macroscopic behaviours. The argillites are considered as a three phase composite: clay matrix, calcite and quartz grains. Comparisons between numerical modelling and experimental data will be presented.