Modélisation poromécanique du gonflement d'enrobés bitumineux par reprise d'eau

Poromechanical modeling of the swelling of bituminized radioactive waste due to water uptake

• Auteur / Autrice : Geoffroy Mélot
• Direction : Patrick Dangla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 24/10/2019
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Di Benedetto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Dangla, Jean Vaunat, Albert Giraud, Nadia Mokni, Jean-Baptiste Champenois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Vaunat, Albert Giraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau

Propriétés mécaniques

Bitume

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Bitume

Gonflement

Reprise d'eau

Water uptake

Water uptake

Swelling

Résumé

L'objectif principal de ce travail de thèse est le développement d'un modèle numérique pour reproduire le comportement d’enrobés bitumineux sous eau. Les enrobés bitumineux sont principalement produits lors du retraitement industriel du combustible usé et sont classés comme déchets radioactifs Faible ou Moyenne Activité à Vie Longue (FAVL et MAVL). Le stockage géologique est la solution de référence pour les enrobés bitumineux classés MAVL. Dans les conditions du stockage géologique, et après une longue période de temps, les enrobés bitumineux entreront en contact avec l’eau de site. Les cristaux de sel présents dans le bitume couplés à la nature semi-perméable de ce dernier pourront alors entraîner des phénomènes osmotiques conduisant à la reprise en eau et le gonflement du matériau. Un modèle poromécanique a été mis en œuvre dans un code de calcul élément finis pour modéliser le comportement des enrobés bitumineux dans de telles conditions. Ce modèle tient compte de l'impact de la dissolution des sels, du transport advectif, de la diffusion et de l'osmose. Il décrit également le comportement viscoélastique du matériau. Ce modèle a permis d’analyser et reproduire des essais expérimentaux réalisés sur différents types d’échantillons de bitumes français simplifiés. L’évolution de la quantité d'eau absorbée et de sel relargué par l'échantillon pendant les essais de lixiviation a ainsi été étudiée ainsi que le gonflement résultant. La dépendance des paramètres matériaux avec la variation de porosité est également prise en compte, notamment au moyen de méthodes d’homogénéisation

The main objective of this thesis is the development of a numerical model to reproduce the behaviour of simplified Bituminized Waste Products (BWP) during a leaching test. BWP is composed of salt crystals immobilised in a bitumen matrix. BWP were mainly produced during industrial reprocessing of spent fuel, and are classified as low or intermediate activity long lived radioactive waste. Geological disposal is the reference solution for intermediate level long-lived BWP. Under geological disposal conditions, and after a long period of time, BWP will undergo water re-saturation from the host rock. Dissolution of salt crystals and osmotic process could lead to swelling of the bitumen matrix and water uptake.A poromechanical numerical model has been implemented in a finite element software to model BWP behaviour under such conditions. The constitutive model takes into account the impact of dissolution, permeation, diffusion and osmosis. A viscoelastic constitutive law is also used. This model is calibrated with experimental data on French simplified BWP containing a highly soluble salt. Evolution of the amount of water absorbed and salt leached by the sample during the test and swelling are carefully studied. The dependency of material parameters with porosity variation is also examined. Some homogenization method are used for mechanical parameters.