Etude du comportement hydromécanique et des propriétés des transferts aux interface béton-argile de Boom :application au cas de stockage géologique des déchets radioactifs.

Study of mechanical behavior and transfers at clay-concrete interfaces and influence of saturation hysteresis: application to the case of geological disposal of radioactive waste.

• Auteur / Autrice : Takoua Lamouchi
• Direction : Franck Agostini, Frédéric Skoczylas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 03/02/2022
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l’ingénierie et des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Briffaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dragan Grgic, Abdelhafid Khelidj, Armand Gilles, Séverine Levasseur, Franck Agostini, Frédéric Skoczylas, Yun Jia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dragan Grgic, Abdelhafid Khelidj

Mots clés

Mots clés libres

Interface argile de Boom_béton

Perméabilité

Hystérésis de saturation

Interface Boom clay-concrete

Permeability

Saturation

Résumé

Dans le cadre du programme belge de R&D pour le stockage des déchets radioactifs de haute activité et/ou à vie longue, l'ONDRAF/NIRAS a conçu une installation potentielle de stockage géologique basé sur un système multi-barrières. Dans cette conception de référence actuelle, le stockage est envisagé en profondeur couche géologique; les déchets sont emballés dans des matériaux à base de béton et stockés dans des galeries bordées avec des cales en béton. L'Argile de Boom est étudiée comme l'une des formations hôtes potentielles. Cette argile peu indurée est connue pour sa faible perméabilité, sa grande capacité de rétention pour de nombreux radionucléides et son comportement plastique favorisant l'auto-étanchéité. Avec une série de barrières en béton, l'objectif de cette formation géologique est d'assurer l'isolement des déchets, leur confinement et la propagation des rejets de substances radioactives. Dans une telle installation, la corrosion anaérobie des métaux générera du gaz après la fermeture des galeries. L'évaluation des mécanismes de transport du gaz dans et autour du stockage est alors essentielle pour assurer son intégrité. Parmi les chemins potentiels d'écoulement des gaz, les interfaces entre la galerie en béton et l'Argile de Boom ont été identifiées comme des voies préférentielles potentielles. Dans ce contexte, le but de cette étude est d'étudier des propriétés de transfert de l’interface Argile-Béton. De nouvelles expériences ont été développées durant la thèse pour évaluer les propriétés de transfert de gaz d'interfaces dans des conditions différentes : dans des conditions à court, terme et (modéré) long terme, sous contrainte latérale uniquement et/ou sous contrainte latérale et contraintes de cisaillement. Un appareil dédié a été conçu, à l'aide d'une cellule de type HOEK, qui permet (i) d'appliquer une pression latérale pour simuler un chargement lithostatique, (ii) conduire une injection de gaz pour mesurer les propriétés de transfert et (iii) pour générer un déplacement relatif des deux côtés de l'interface. Le suivi, la quantification initiale de l'ouverture et de la fermeture de l'interface pendant le chargement mécanique utilisent pour une grande part l'injection de gaz et en considérant La loi de Poiseuille. Des essais d'injection de gaz sur des interfaces soumises à des s ollicitations latérales ont été faits pour évaluer la perméabilité de l'interface et les pressions de percée dans diverses conditions de contrainte. Les propriétés de transfert de l'interface sont ensuite comparées à celles de l’argile de Boom et du béton, pour identifier le chemin de passage des fluides.

In the framework of the Belgian R&D program for the disposal of high level and/or longlived radioactive waste, ONDRAF/NIRAS designed a potential geological disposal facility based on a multi-barrier system. In this current reference design, disposal is envisaged in a deep geological layer; wastes are packed in concrete based materials and stored in galleries lined with concrete wedge blocks. The Boom Clay is studied as one of the potential host formations. This poorly indurated clay is known for its low permeability, its high capacity of retention for many radionuclides and its plastic behaviour favouring self-sealing. Together with a series of concrete barriers, the objective of this geological formation is to ensure the isolation of waste, their confinement and the delay and spread of release of radioactive substances. In such facility, anaerobic corrosion of metals will generate gas after closure of the disposal galleries. Assessing the mechanisms of gas transport in and around disposal is then essential to ensure its integrity. Among potential gas flow paths, interfaces between the concrete gallery lining and the Boom Clay have been identified as one potential preferential pathways. Within this context, the purpose of this study is to investigate the transfers’ proprieties of the Boom Clay-Concrete lining interfaces. New experiments have been developed in this thesis to evaluate the gas transfer properties of interfaces in different conditions: in short, term and (moderate) long-term conditions, under lateral stress only and/or under lateral stress and shear stresses. A dedicated device has been then designed, using a HOEK type cell, which allows (i) applying lateral pressure to simulate lithostatic loading, (ii) injecting gas to measure transfer properties and (iii) generating relative displacement of both sides of the interface. The monitoring and quantification of the opening and closure of the interface during mechanical loading and gas injection is done by considering Poiseuille’s law. Gas injection tests on interfaces submitted to lateral stress loadings are being carried out to evaluate the interface permeability and breakthrough pressures in various stress conditions. Transfer properties of interface are then compared to the ones of Boom Clay or concrete, identified from dedicated gas injection tests.