Caractérisation du comportement couplé des argilites de Meuse/Haute-Marne aux états saturé et partiellement saturé

Characterization of the Meuse/Haute-Marne argilites behaviour at saturated and partially saturated rates

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Koriche
• Direction : Françoise Homand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil, hydrosystèmes, géotechnique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Argilite

Perméabilité

Propriétés thermomécaniques

Déchets radioactifs -- Élimination dans le sol

Résumé

Le travail entrepris entre dans le cadre de la réalisation d'un laboratoire souterrain dont l'étude porte sur la faisabilité d'un stockage en profondeur de déchets radioactif situé dans le Callovo-Oxfordien inférieur. Les roches constituant cette couche sont connues sous le nom d'argilites de Meuse/Haute- Marne. Le but de la thèse est de caractériser le comportements des argilites de Meuse/Haute-Marne saturées et partiellement saturées soumises à des sollicitations de différentes natures: mécaniques, hydriques et thermiques. Le modèle choisi est issu de l'approche thermodynamique des milieux poreux proposé par Coussy (1991,1995), Il a comme principal avantage son formalisme dont les paramètres peuvent être déterminés expérimentalement. Dans le but de déterminer les paramètres couplés de diffusion et de transport des argilites de Meuse/Haute-Marne, des essais en régime transitoire ont été réalisé à l'état saturé et partiellement saturé. Une série de pulse test a été réalisée dans le but de mesurer la perméabilité intrinsèque et l'emmagasinement spécifique d'éprouvettes d'argilite à l'état quasi saturé. Ces essais nous ont permis de déterminer en plus des valeurs des paramètres recherchés et l'ordre de grandeur de l'anisotropie de la perméabilité. La comparaison de nos résultats à ceux obtenus dans d'autres laboratoires dans le cadre du GDR FORPRO benchmark ''perméabilité'' a montré une bonne concordance. La perméabilité apparente à l'état partiellement saturé a été déterminée expérimentalement par la réalisation d'essais de sorption/désorption par la méthode des solutions salines saturées. Une méthode analytique originale a été développée permettant de déterminer la perméabilité à partir des mesures de variations temporelles de masse. Les simulations numériques par un code en éléments finis ont permis de modéliser une diffusion bidirectionnelle. Les résultats des deux modélisations montrent que l'hypothèse d'une diffusion unidirectionnelle induit une surestimation de la perméabilité. Les derniers essais avaient pour objet l'étude du comportement hydromécanique sous l'effet d'élévations de température. L'hypothèse de la dépendance de la pression interstitielle équivalente dans le cas partiellement saturé du degré de saturation et qui n'est fonction que de la tension superficielle du ménisque émise par Olchitzky et al. (1998) n'a été qu'en partie vérifiée.

The framework of this thesis is to study the possibility to realize the underground waste isolation project in the clayey Callovo-Oxfordien. The layer is constituted of swelling clay rock called Meuse/Haute-Marne argilite. The aim is to define the behaviour of this rock by thermo-hydro- mechanical model proposed by Coussy (1991, 1995) at the saturated and partially saturated states. The parameters of this model can be measured by the direct or indirect experimental process. We realise different tests to determinate fluids transport properties in saturated and partially saturated conditions. The difficulty of these kinds of tests is the very low permeability of the argilite. That is why the transitive method has to be used. Ln quasi saturated conditions ''the pulse test'' method is chosen. This process proposed by Hsieh et al. (1881) allows the measurement of the intrinsic permeability, k, and the specific storage coefficient, Ss. These experiments have permitted to measure the order of magnitude of these two parameters and to estimate the anisotropy magnitude of permeability. The results of the series of investigation were compared to results obtained from other laboratories at the polytechnic school of Paris and the University of Lille. The conclusion of this comparison is that similar results were obtained. Ln the partially saturated conditions we have developed an original method to estimate the apparent permeability and the capillary capacity of argilite samples. Numerical analyses have permitted to mode! the bidirectional diffusion of liquid and gas fluid phases. Final tests consisted in wetting and drying cycles at different temperatures using microgravimetric and saturated saline solution methods. The aim is to verity the hypothesis that the saturation depends on the meniscus superficial tension gas/water only. We displayed the degrees of saturation as a function of capillary pressure at different temperatures. This graphic demonstrated that the hypothesis is not completely correct. The difference between theoretical and experimental results depends on the mode of interpretation of these results and the paths followed during the tests wetting or drying.