Modélisation et prédiction du comportement macroscopique du sel gemme dans le contexte du stockage souterrain

Modeling and prediction of the macroscopic behavior of rock salt in the context of underground storage

• Auteur / Autrice : Mejda Azabou
• Direction : Ahmed Rouabhi, Laura Blanco Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Soutenance le 05/05/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Bérest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Rouabhi, Laura Blanco Martin, Chloé Arson, Grégoire Hévin, Nicolas Gatelier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Cosenza, Amade Pouya

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sciences -- Expériences

Sel gemme

Rhéologie

Mots clés libres

Sel gemme

Rhéologie

Hétérogénéité

Essais de laboratoire

Modélisation numérique

Volume élémentaire représentatif

Viscoplasticité

Rock salt

Constitutive modeling

Heterogeneity

Laboratory tests

Numerical modeling

Representative volume element

Viscoplasticity

Résumé

Le dimensionnement optimal des ouvrages creusés dans les formations salines dépend de la qualité des mesures expérimentales qui servent à la formulation des lois de comportement et au calage de leurs paramètres, ainsi que des capacités prédictives de ces lois sur le court et le long terme. La réalisation d’une campagne expérimentale combinée avec une analyse de la base de données existante à MINES ParisTech, ont mis en question l’hypothèse de la représentativité des éprouvettes testées au laboratoire. L’effet de l’hétérogénéité des éprouvettes sur le comportement macroscopique du sel a été particulièrement étudié en se basant sur une investigation numérique reproduisant virtuellement les essais de laboratoire. Cette investigation a montré que l’hétérogénéité peut expliquer les anomalies souvent observées dans les mesures expérimentales et que les éprouvettes peuvent être plus petites que le volume élémentaire représentatif (VER)souhaité. Dans une démarche permettant d’élaborer une loi macroscopique et de s’affranchir des problèmes de la non représentativité des éprouvettes testées, la taille requise du VER a été corrélée à celle des hétérogénéités. La pertinence des capacités prédictives de cette loi macroscopique a été abordée et une nouvelle loi a été proposée dans le but de pallier les limitations des modèles existants en termes de la qualité de leurs prédictions à long terme.

The optimal design of underground facilities in salt formations depends on the quality of the experimental measurements used to develop constitutive laws and to calibrate their parameters, as well as on the predictive abilities of these modelson the short and long term. A comprehensive experimental campaign was carried out, its analysis along with that ofthe existing experimental data base in MINES ParisTech, raised questions concerning the assumption of specimens representativity during laboratory tests. The effect of specimens heterogeneity on the macroscopic behavior of rock saltwas numerically investigated within a virtual laboratory. This investigation showed that specimens heterogeneity can explain the irregularities often observed in experimental measurements and that the tested specimens can be smaller than the required representative volume element (RVE). In an approach allowing to elaborate a macroscopic constitutivelaw and to overcome representativity related issues, the required RVE size was correlated to that of the heterogeneities.The pertinence of the predictive abilities of this macroscopic law was addressed and a new law, aiming to overcome the limitations of existing models in terms of the quality of their long term predictions, was proposed.