Comportement hydromécanique des matériaux de scellement à base d'argilite remaniée

Hydromechanical behaviour of argillite-based sealing materials

• Auteur / Autrice : Anais Leroy
• Direction : Olivier Cuisinier, Farimah Masrouri
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Énergie et Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 31/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Energie et Transferts

Mots clés

Mots clés libres

Comportement hydromécanique

Sable-argile

Microstructure

Remblai

ΜCT RX

œdomètre

Hydromechanical behaviour

Sand-clay

Microstructure

Backfill

X-ray µCT

Oedometer

Résumé

Dans le cadre du projet de stockage des déchets nucléaires en site géologique profond Cigéo, l'Agence Nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) étudie les différents enjeux scientifiques et sociaux du projet. La question de la fin de vie du site après l'exploitation, et notamment sa mise en sécurité par la fermeture et le scellement des galeries, est actuellement à l'étude. Les systèmes de fermeture du centre de stockage seront des agencements complexes de plusieurs matériaux. Ils permettront de combler les différents types de galeries de manière durable et de contrôler les écoulements liquides et gazeux qui auront lieu. Des scellements seront réalisés dans plusieurs zones stratégiques et les autres portions de galerie seront remblayées. Ce matériau de remblai devra répondre à de nombreuses exigences, notamment hydriques et mécaniques. En effet, les différents éléments de construction des galeries vont se dégrader avec le temps. Afin de limiter la fracturation du massif rocheux hôte, le matériau de remblai utilisé devra reprendre les efforts initialement supportés par ces galeries. Le vieillissement du site et la dégradation des matériaux de construction entraîneront également des évolutions de la chimie de l'eau et des échappements gazeux. Le matériau sélectionné devra donc être passant aux gaz afin de ne pas générer de surpressions à l'intérieur du stockage. Il devra également avoir une conductivité hydraulique relativement élevée. Pour des raisons matérielles, économiques, écologiques mais également physico-chimiques, l'Andra souhaiterait réutiliser au maximum la roche excavée pour concevoir ce matériau de remblai. Le mode de dépôt et la composition chimique de cette roche, l'argilite du Callovo-Oxfordien, en font un matériau de très faible perméabilité, avec une bonne résistance mécanique et présentant de bonnes capacités de rétention des éléments chimiques. Ces propriétés expliquent en partie pourquoi elle a été sélectionnée comme roche hôte pour le stockage. Cependant, lors du creusement, cette dernière sera excavée, concassée puis stockée en surface pendant la phase d'exploitation du site. Il en résultera alors un matériau très différent, particulièrement sensible aux variations hydriques, relativement compressible et présentant un potentiel de gonflement élevé. Afin de satisfaire les exigences hydromécaniques pour les remblais, il est donc nécessaire de combiner l'argilite remaniée avec d'autres composés. L'ajout de sable est une des solutions envisagées. Cette thèse a donc pour objectif de mieux comprendre l'influence du sable sur le comportement hydromécanique des mélanges sable-argilite. Les proportions de sables et les teneurs en eau des matériaux sont notamment à l'étude. Une approche multi-échelle est utilisée afin de pouvoir mettre en relation les comportements hydromécaniques et les évolutions de la macrostructure. Des essais œdométriques avec circulation d'eau des observations de micro-tomographie à rayons X et des mesures géophysiques seront ainsi mis en parallèle afin de caractériser le comportement hydromécanique des différents mélanges. Des essais longue durée seront également prévus afin d'observer le comportement sous un flux alcalin.

Clay-based materials and mixtures are potential candidates to backfill deep underground galleries of nuclear waste storage facilities. Properties of these backfill materials must satisfy a number of requirements regarding their hydro-mechanical characteristics to limit the convergence of deep galleries or the buildup of gas pressure in the repository. In addition to these technical requirements, the French agency for radioactive waste management (Andra) aims to reuse as much as possible the excavated claystone from these galleries. Thus, several studies have been carried out on the behavior of crushed claystone and bentonite-claystone mixtures. Claystone-sand mixtures were also considered as potential material for backfill in order to lower the compressibility, and reach the gas permeability requirement. Very few studies have been carried out on that mixture, and the contribution of sand fraction to its mechanical behavior is still poorly understood. Moreover, the evolution of in-situ stresses over time may alter the micro-porosity of the mixture, and thus alter the gas permeability. In this context, experiments with different proportions of sand were performed at two different scales to provide a better understanding of the hydro-mechanical behavior of these materials. Saturated oedometer tests were performed for compressibility and hydraulic conductivity measurements. X-ray tomography scans were also carried out on the mixtures at different loading stages, using a specially designed oedo-tomometer device, for microstructural studies.