Propriétés mécaniques et de transport des verres fissurés

par Audrey Ougier-Simonin

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Yves Guéguen.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .


  • Résumé

    Lors de la vitrification des déchets nucléaires de haute activité à vie longue, un réseau de fissures se génère du fait des contraintes internes engendrées par la chute de température. La fracturation du bloc de verre a pour effet d'augmenter la surface d'échange solide-fluide potentielle. D'un le cadre d'un stockage en profondeur, il apparaît nécessaire d'étudier l'effet des contraintes lithostatiques dont on ne connaît pas encore l'impact sur ce réseau initial de fractures. L'objet de cette thèse est d'évaluer l'effet des contraintes lithostatiques sur des échantillons de verre synthétique SON68 sain et de verre fissuré, en documentant l'évolution de son endommagement sous pression. Le dispositif expérimental utilisé nous a permis de contrôler et faire varier indépendamment la pression de confinement, la contrainte axiale et la pression de pore à température ambiante. Des capteurs fixés sur chaque échantillon de verre nous ont permis de mesurer au cours des expériences la déformation du verre et les variations des vitesses de propagation des ondes élastiques. Nous avons principalement observé sur l'ensemble de nos expériences : (i) un comportement presque parfaitement linéaire élastique et isotrope du verre sain, (ii) une forte influence du traitement thermique sur la résistance à la fracturation mécanique du verre, et (iii) une influence variable du traitement thermique sur les propriétés élastiques du verre. On met également en évidence la fermeture des fissures sous l'effet de la pression de confinement et la chute de la perméabilité à des valeurs quasi-nulles selon une loi d'ouverture des fissures au cube avec l'augmentation de la pression hydrostatique.

  • Titre traduit

    Permeability and mechanical properties of cracked glass under pressure


  • Résumé

    Glass is an ideal elastic-brittle material. Although cracking in glass has been much investigated, going back to the pioneer work of Griffith, investigations under confining pressure have not been done so far. Besides, as glass results of the solidification of variable fused silicate mix, the impact of thermal cracking in this material cannot be neglected. This is particularly significant when considering the study of the vitrified nuclear waste packages in geological storage condition where, in the worst case, fluid flow could be expected over a long time. Our study aims at investigating thermo-mechanical cracking effects on elastic wave velocities, mechanical strength and permeability under pressure to document damage evolution on SON68 glasses (original samples and thermally cracked - following a reproducible method - samples). The experimental setup enabled to monitor and vary independently confining pressure, axial stress and pore pressure at room temperature. An optimized set of sensors allowed us to perform measurements during the experiments of the local strain evolution and elastic wave velocities. We mainly observed that: (i) the original glass exhibits a linear and reversible mechanical behavior and isotropic elastic velocities, (ii) the thermal treatment has a strong influence on the glass mechanical résistance but (iii) a variable influence on the glass elastic properties Our results also exhibit the crack closure under confining pressure. As a consequence, the permeability decreased as a function of the cubic crack aperture up to interatomic diffusion level.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (221 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 127 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2010) 187
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