Effet des conditions partiellement saturées en eau sur des propriétés des confinements des matériaux argileux gonflants soumis à des fluides agressifs

Effect of partially water-saturated conditions on the containment properties of swelling clay subjected to aggressive fluids

• Auteur / Autrice : Jingyi Wang
• Direction : Philippe Gouze, Sébastien Savoye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gouze, Sébastien Savoye, Farimah Masrouri, Christophe Tournassat, Jean-Charles Robinet, Andrés IDIART, Philippe Pezard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farimah Masrouri, Christophe Tournassat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Chimie

Géomatériaux

Stockage souterrain

Mots clés libres

Stockage souterrain

Géomatériaux argileux

Hydrochimie

Pression de gonflement

Condition partiellement saturée

Panache salin

Underground stockage

Clayey geomaterials

Hydro-Chemistry

Swelling pressure

Partial-Saturation condition

Saline plume

Résumé

De nombreux pays envisagent d'implanter des installations de stockage de déchets radioactifs de haute et moyenne activité à vie longue dans une géologie argileuse profonde. La bentonite a été choisie comme matériau de rembourrage et d'étanchéité pour remplir le vide des galléries en raison de ses faibles propriétés de perméabilité et de gonflement.Cependant, les propriétés de la bentonite peuvent être affectées par l'évolution des conditions géologiques. D'une part, la réaction du matériau cimentaire avec le milieu géologique environnant va provoquer un panache alcalin, entraînant des modifications des conditions chimiques du milieu géologique ; d'autre part, la corrosion anaérobie du réservoir de stockage va générer de l'hydrogène, ce qui rend le milieu argileux comprenant de la bentonite dans des conditions d'eau insaturée jusqu'à 100 000 ans.L'objectif de la thèse de doctorat est d'évaluer l'effet des conditions partiellement saturée en eau sur la capacité de gonflement de la bentonite et les propriétés de diffusion des radionucléides à travers du milieu. En même temps, le changement des conditions chimiques est fait, pour étudier l'effet conjoint de la force ionique et de la saturation sur la capacité de gonflement. La thèse est divisée en deux parties : D'une part, du point de vue du modèle hydro-chimique à long terme de l'évolution de la bentonite, étudier la corrélation entre le taux de diffusion et la saturation en eau. Tests de diffusion ont été effectués d'abord dans la kaolinite, un modèle de diffusion en double phase de l'eau a été proposé. D'autre part, on a étudié la capacité de gonflement de la bentonite dans des conditions chimiques similaires à l'eau interstitielle de Cox Corrélation avec la saturation en eau. En outre, la corrélation entre la capacité de gonflement et la saturation en eau a été étudié sous déséquilibre chimique, avec l'influence de la force ionique et du panache alcalin.

Many countries are planning to locate long-lived high- and intermediate-level radioactive waste disposal facilities in deep clayey geology. Bentonite was chosen as the cushioning and sealing material to fill the void in the galleries due to its low permeability and swelling properties.However, the properties of bentonite can be affected by changing geological conditions. On the one hand, the reaction of the cementitious material with the surrounding geological medium will cause an alkaline plume, leading to modifications of the chemical conditions of the geological medium; on the other hand, the anaerobic corrosion of the storage tank will generate hydrogen, which makes the clay medium including bentonite under unsaturated water condition for up to 100,000 years.The objective of the doctoral thesis is to evaluate the effect of partially water-saturated conditions on the swelling capacity of bentonite and the diffusion properties of radionuclides through the medium. At the same time, the change of chemical conditions is made, to study the joint effect of ionic strength and saturation on the swelling capacity. The thesis is divided into two parts: Firstly, from the point of view of the long-term hydro-chemical model of the evolution of bentonite, to study the correlation between the rate of diffusion and the water saturation. Diffusion tests were performed first in kaolinite, a two-phase water diffusion model was proposed. Secondly, we have studied the swelling capacity of bentonite under chemical conditions similar to the interstitial water of Cox Correlation with water saturation. Furthermore, the correlation between swelling capacity and water saturation was studied under chemical imbalance, with the influence of ionic strength and alkaline plume.