Étude microstructurale du comportement hydromécanique et gaz des mélanges sable/bentonite

Microstructural Investigation of the Hydromechanical and Gas Behaviour of Sand/Bentonite Mixtures

• Auteur / Autrice : Mohamadou Youssouf Ly
• Direction : Anh Minh Tang
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : NAVIER
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Géotechnique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale des ponts et chaussées (France ; 1747-....)

Mots clés

Mots clés libres

Mélanges sable/bentonite

Comportement hydromécanique-gaz

Étude microstructurale

Stockage des déchets radioactifs

Microtomographie aux rayons X (XRCT)

Grain size distribution

Sand/bentonite mixtures

Hydromechanical-gas behaviour

Microstructural investigation

Radioactive waste disposal

X-ray microtomography (XRCT)

Distribution granulométrique

Résumé

L'ANDRA et d'autres agences nationales ont mené des décennies de recherche sur les mélanges sable/bentonite pour sceller les sites géologiques de stockage des déchets radioactifs. Ces matériaux doivent répondre à des exigences strictes en matière de propriétés hydromécaniques, notamment une conductivité hydraulique à saturation inférieure à 10e−11 m /s et une pression de gonflement supérieure à 2MPa, ainsi que des performances d'injection de gaz, avec une pression d'entrée de gaz inférieure à 2 MPa . Les premières études se sont concentrées sur des mélanges avec du sable de quartz spécifique (TH1000) avec une distribution granulométrique uniforme. Cependant, des recherches récentes sur les matériaux de remblai suggèrent que les propriétés du sable, telles que la distribution granulométrique, la forme, la minéralogie, la teneur en eau initiale et la densité du sol, influencent de manière significative le comportement hydromécanique saturé. Il est donc essentiel d'évaluer comment ces paramètres affectent le comportement hydromécanique-gaz des mélanges sable/bentonite au sein du système d'étanchéité.. Ce projet de doctorat vise à étudier le comportement microstructural et hydromécanique-gazeux de divers mélanges sable/bentonite afin de comprendre comment les propriétés du sable affectent les caractéristiques initiales de ces mélanges. Des travaux récents d'Eizaguirre (2024) ont utilisé la microtomographie à rayons X (XRCT) pour révéler la microstructure d'un mélange sable/bentonite 60/40 à haute densité (2.0 M g / m3) dans un état saturé. Ce travail a montré de minuscules pores entre le squelette de sable au sein de la fraction de sable élevée, créant des régions de « faible densité »Ces pores de la taille d'un micron pourraient expliquer la faible valeur hypothétique d'entrée d'air (moins de 100 kPa) sur la courbe de rétention d'eau et la valeur étonnamment faible d'entrée de gaz (moins de 300 kPa ). Cette thèse de doctorat appliquera la méthodologie d'Eizaguirre (2024) pour étudier différents mélanges sable/bentonite avec des distributions granulométriques de sable, des distributions granulométriques de bentonite et des teneurs en eau initiales variables .. De plus, des analyses d'images avancées seront réalisées pour améliorer la compréhension du comportement multi-échelle de ces matériaux au cours des processus hydromécaniques-gaz.

ANDRA and other national agencies have conducted decades of research on sand/bentonite mixtures for sealing geological radioactive waste disposal. These materials must meet strict requirements for hydromechanical properties, including hydraulic conductivity at saturation lower than 10 e−11 m/s and swelling pressure higher than 2 MPa, as well as gas injection performance, with gas entry pressure lower than 2 MPa. Early studies focused on mixtures with specific quartz sand (TH1000) with a uniform grain size distribution. However, recent research on backfill materials suggests that sand properties like grain size distribution, shape, mineralogy, initial water content, and soil density significantly influence the saturated hydromechanical behavior. Therefore, it is essential to assess how these parameters affect the hydromechanical-gas behavior of sand/bentonite mixtures within the sealing system. This PhD project aims to investigate the microstructural and hydromechanical-gas behavior of various sand/bentonite mixtures to understand how sand properties affect the initial characteristics of these mixtures. Recent work by Eizaguirre (2024) used X-ray microtomography (XRCT) to reveal the microstructure of a 60/40 sand/bentonite mixture at high density (2.0 Mg/m3) in a saturated state. This work showed tiny pores between the sand skeleton within the high sand fraction, creating ''low density'' regions. These micron-sized pores might explain the hypothetical low air entry value (less than 100 kPa) on the water retention curve and the surprisingly low gas entry value (below 300 kPa). This PhD thesis will apply Eizaguirre's (2024) methodology to investigate different sand/bentonite mixtures with varying sand grain size distributions, bentonite grain size distributions, and initial water contents. Additionally, advanced image analyses will be performed to improve the understanding of the multiscale behavior of these materials during hydromechanical-gas processes.