Impact des transitoires chimiques sur le gonflement et l'auto colmatage d'une roche argileuse endommagée

Impact of chemical transients on the swelling and self-sealing of damaged clay rock

• Auteur / Autrice : Mehana Allache
• Direction : Yu Jun Cui
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géotechnique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NAVIER
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Géotechnique

Mots clés

Mots clés libres

Roche argileuse endommagée

Auto-colmatage

Gonflement

Perméabilité

Argile Callovo-Oxfordien

Damaged clay rock

Self-sealing

Swelling

Permeability

Callovo-Oxfordian clay

Résumé

La récupération de la zone endommagée par l'excavation (EDZ) dans la roche encaissante est une question clé dans l'évaluation de la performance du stockage géologique des déchets nucléaires. En 2020, l'IRSN a lancé un programme de recherche visant à étudier l'effet de solutions salines et alcalines concentrées sur les propriétés mécaniques et de transport d'une roche hôte argileuse endommagée (argile OPAlinus) (Barakat, 2023). Les résultats ont fourni un premier aperçu de l'effet des panaches alcalins sur le comportement de la roche hôte endommagée ; cependant, plusieurs aspects mériteraient des investigations supplémentaires pour améliorer notre compréhension, en particulier sur le rôle des changements observés dans les propriétés microstructurales et de rétention sur l'auto-obturation et la perméabilité du matériau endommagé. L'objectif de ce travail est de déterminer les perturbations chimiques, mécaniques et hydrodynamiques causées par des panaches alcalins à pH élevé sur le comportement d'auto-étanchéité et la perméabilité de la barrière géologique endommagée. Des expériences de scellement en laboratoire seront réalisées sur des échantillons fissurés des argilites de COx et d'Opalinus dans des conditions de dépôt appropriées, afin d'identifier les conditions techniques limites qui ont empêché l'auto-scellement des échantillons exposés aux panaches alcalins. Les tests de perméabilité seront lancés en utilisant une nouvelle cellule développée par Barakat (2023). L'effet de l'augmentation du pH sur la perméabilité de l'échantillon endommagé sera étudié. À l'échelle microscopique, le processus d'auto-obturation sera contrôlé par micro-CT à rayons X à l'aide d'une nouvelle cellule transparente. La cellule a été validée par Barakat (2023) mais aucune expérience d'auto-obturation n'a pu être lancée. Le même protocole d'essai sera adopté. Des scans micro-CT réguliers seront effectués lors de l'exposition de l'échantillon à la solution alcaline à différents pH. Des analyses initiales et post-mortem seront effectuées pour déterminer les changements microstructuraux (par porosimétrie à intrusion de mercure, adsorption d'azote, etc.) L'étude est clairement orientée vers l'approche expérimentale. Cependant, un travail de modélisation préliminaire sera effectué pour enrichir les capacités du doctorant.

The recovering of the Excavation Damaged Zone (EDZ) in the surrounding rock is a key issue in the performance assessment of geological disposal of nuclear waste. In 2020, IRSN lunched a research program to investigate the effect of concentrated saline and alkaline solutions on the mechanical and transport properties of a damaged clay host rock (OPAlinus clay) (Barakat, 2023). The results provided a first insight into the effect of alkaline plumes on the damaged host rock behavior; however, several aspects would value additional investigations to increase our understanding, especially on the role of the observed microstructural and retention properties changes on the self-sealing and permeability of the damaged material. The aim of this work is to determine the chemical, mechanical and hydro-dynamical perturbations caused by high pH alkaline plumes on the self-sealing behavior and permeability of the damaged geological barrier. Laboratory sealing experiments will be carried out on cracked samples from the COx and Opalinus claystones under relevant repository conditions, aiming at identifying the technical boundary conditions that prevented the samples self-sealing in case of samples exposed to the alkaline plumes. Permeability tests will be lunched using a new cell developed by Barakat (2023). The effect of pH increase on permeability of the damaged sample will be investigated. At the microscopic scale, the self-sealing process will be monitored through X Ray micro-CT using a new CT transparent cell. The cell was validated by Barakat (2023) but no self-sealing experiment could be lunched. The same testing protocol will be adopted. Regular micro-CT scans will be taken upon sample exposure to the alkaline solution at different pH. Initial and post-mortem analyses will be performed to determine microstructural changes (by mercury intrusion porosimetry, nitrogen adsorption, etc.). The study is clearly oriented on the experimental approach. However, some preliminary modelling work will be carried out to enrich the PhD student capabilities.