Effet de la température et de la saturation sur le comportement mécanique de l'argilite du Callovo-Oxfordien

Effect of temperature and saturation on the mechanical behaviour of Callovo-Oxfordian argillite

• Auteur / Autrice : Bahaa Abou chakra
• Direction : Dragan Grgic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique - Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Hydrogéomécanique multi-échelles (Axe GéoModèles)

Mots clés

Mots clés libres

Argilite

Endommagement

Microfissuration

Essais triaxiaux

Température

Tomographie aux rayons X

Claystone

Microcracking damage

Overpressure

Triaxial tests

Temperature

X-ray tomography

Résumé

L'argilite du Callovo-Oxfordien, en tant que roche hôte potentielle pour le stockage des déchets radioactifs en France (Bure, Meuse/Haute-Marne), sera soumise à des processus THMC (Thermo-Hydro-Mécanique-Chimique) couplés tels que les variations de contrainte lors de l'excavation, les changements de saturation, les variations thermiques causées par les déchets exothermiques et les interactions chimiques. Pour évaluer la faisabilité du stockage géologique à court et long terme, il est essentiel d'analyser l'impact de ces sollicitations THMC sur le comportement mécanique de la roche hôte argileuse. Cette étude se concentre sur l'évaluation des effets thermiques sur le comportement mécanique de l'argilite du Callovo-Oxfordien à travers des essais triaxiaux simulant les conditions de stockage in situ. Nos expériences portent sur l'influence de plusieurs paramètres tels que la pression de confinement (4, 8 et 12 MPa), la température (20, 45, 70 et 90 °C) et l'orientation (parallèle et perpendiculaire au plan de litage). Certains échantillons ont été scannés en tomographie 3D aux rayons X avant et après l'essai, puis analysés afin d'étudier les mécanismes de déformation. Les essais ont révélé une légère diminution de la résistance au pic de l'argilite du COx avec l'augmentation de la température. Cette légère diminution de la résistance semble être liée à une surpression de l'eau interstitielle, due à dilatation thermique lors du chauffage, ayant conduit à un endommagement thermo-hydro-mécanique, caractérisé par la formation de microfissures parallèles aux plans de litage. La visualisation des scans tomographiques montre une influence de l'orientation du plan de litage et de la pression de confinement sur les volumes de fissures, qui tendent à diminuer dans le cas des échantillons carottés perpendiculairement aux plans de litages et à augmenter dans le cas des échantillons carottés parallèlement aux plans de litage.

The Callovo-Oxfordian claystone, considered as a potential host rock for radioactive waste disposal in France (Bure, Meuse/Haute-Marne), will be subjected to coupled THMC (Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical) processes such as stress variations due to excavation, saturation changes, thermal variations caused by exothermic waste, and chemical interactions. To assess the short- and long-term feasibility of geological disposal, it is essential to analyze the impact of this THMC solicitations on the mechanical behavior of the clay host rock. This study focuses on evaluating the effects of temperature on the mechanical behavior of the Callovo-Oxfordian claystone through triaxial compression tests simulating in-situ storage conditions. Our experiments investigate the influence of various parameters such as confining pressure (4, 8, and 12 MPa), temperature (20, 45, 70, and 90 °C), and sample orientation (parallel and perpendicular to the bedding plane). Some samples were scanned under 3D X-ray tomography before and after testing, and analyzed to study the deformation mechanisms. The experiments revealed a slight reduction in the peak strength of the COx claystone with increasing temperature. This slight reduction in strength appears to be related to interstitial water overpressure caused by thermal expansion during heating, which led to thermo-hydro-mechanical damage characterized by microcracking along the bedding planes. The visualization of the tomographic scans shows an influence of the bedding plane orientation and the confining pressure on the fracture volumes, which tend to decrease in samples cored perpendicular to the bedding planes and increase in samples cored parallel to them.