Modélisation hydromécanique des ouvrages de stockage des déchets radioactifs avec prise en compte de l'endommagement et du transfert de l'hydrogène

Modélisation hydromecanique of radioactive waste with the damage and the transfer of hydrogen

• Auteur / Autrice : Minh Thu Nguyen
• Direction : Jean-Claude Robinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Département Génie Civil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôts de déchets radioactifs

Géologie

Sol, Mouvements du

Sols -- Composition chimique

Sédimentation (géologie)

Roches sédimentaires

Résumé

L’argilite du Callovo Oxfordien est une roche sédimentaire formée dans l’eau de mer qui est composée majoritairement de quartz, carbonates, minéraux argileux et minéraux divers. Cette hétérogénéité de constitution associée à une très faible porosité de l’ordre de 12% confère à l’argilite un comportement spécifique. En effet ce comportement spécifique est induit par: (i) des mécanismes à l’échelle microscopique de type force de contact avec frottement pour les minéraux solides quartz et calcite, de répulsion et de viscosité pour les minéraux argileux et (ii) des interactions fortes entre les phases solides et fluides. Ainsi le modèle conceptuel du comportement à court terme est proposé en se basant sur cinq caractéristiques hydromécaniques: (1) deux surfaces de charges de type Drescher & Mroz, associées à une pression de consolidation de 200MPa et une cohésion sur l’argilite saine, (2) la création d’un endommagement anisotrope induit par les déformations en extension sous des états de contraintes déviatoires, (3) une distribution des contraintes entre les phases solides et fluides qui utilise le coefficient de Biot dépendant de l’endommagement maximal, (4) un concept des contraintes effectives pour les états partiellement saturés en faisant appel à une pression interstitielle équivalente qui dépend de la pression capillaire et d’une valeur moyenne de l’endommagement et (5) l’absence de déformations volumiques de gonflement sur l’argilite saine. Par ailleurs la plasticité est considérée comme non associative, associée àdeux surfaces de charge Fc, Fe et deux surfaces d’écoulement Gc, Ge. En revanche le comportement différé de l’argilite fait intervenir de nombreux mécanismes, chimiques, physico-chimique et un glissement à l’échelle des feuillets argileux induisant des phénomènes de viscosité. En l’absence d’un consensus lié principalement aux difficultés expérimentales et faisant l’objet des recherches actuelles du groupement de recherchegéomécanique, on a proposé donc un modèle macroscopique simplifié. L’introduction d’une phase gaz dans le code de calcul d’éléments finis CLEO permettant de simuler le transfert d’hydrogène. Les problèmes traités concernent un ouvrage type alvéole en contact direct avec l’argilite (sans barrière de bentonite) avec une production de H2 variable dans le temps. Dans ce benchmark, la phase gazeuse est constituée uniquement de vapeur d’eau et d’hydrogène. Ces modélisations sont proposées sans effet thermique. L’ensembledes modèles de transfert diffusif ou convectif, du modèle de comportement hydromécanique de l’argilite et des conditions aux limites est fixé dans ces modélisations. Enfin, les simulations de la saturation d’une galerie remblayée ont pour objet d’étudier les phénomènes de base mis en jeu lors de la resaturation d’une galerie. On a proposé une hiérarchisation dans les processus de simulation en adoptant l’élaboration des deux modèles conceptuels, l’un portant sur la physique et l’autre sur les aspects numériques. Le modèle conceptuel numérique traite de l’introduction spatio-temporelle des éléments volumiques constituants l’ouvrage.

The argilite of Callovo Oxfordien is a sedimentary rock formed in sea water which is made up mainly of quartz, carbonates, argillaceous minerals and various minerals. This heterogeneity of constitution associated with a very low porosity of about 12% confers on argillite a specific behaviour. Indeed this specific behaviour is induced by: (i) of the mechanisms on a microscopic scale of type forces contact with friction for solid minerals quartz and calcite, of repulsion and viscosity for argillaceous minerals and (ii) of the strong interactions between the solid and fluid phases. Thus the conceptual model of the short-term behaviour is proposed while being based on five hydraulic characteristics: (1) two surfaces of loads of the type Drescher & Mroz, associated a pressure of consolidation of 200MPa and a cohesion on healthy argillite, (2) the creation of an anisotropic damage induced by the strains in extension under states of stresses deviators, (3) a distribution of the stress between the solid phases and fluids which uses the coefficient of Biot depend on the maximum damage, (4) a concept of the effective stress for the partially saturated states by calling upon an equivalent pore pressure which depends on the capillary pressure and an average value of the damage and (5) the absence of volumic strains of swelling on healthy argillite. The plastic strain-rates are specified by the non_associative flow rule with the plastic loading surface F and the plastic potential G. On the other hand the behaviour differed from argillite utilizes many mechanisms, chemical, physicochemical and a slip on the scale of the argillaceous layers inducing of the phenomena of viscosity. In the absence of a consensus related mainly to the experimental difficulties and being the subject of current research of the geotechnical grouping of research, one thus proposed a simplified macroscopic model. The introduction of a phase gas into the computer code of finite elements CLEO allowing simulating the transfer of hydrogen. The dealt with problems relate to a standard work cell in direct contact with argillite (without bentonite barrier) with a production of H2 variable in time. These modelling are proposed without heating effect. Lastly, simulations of the saturation of an embanked gallery have the aim of studying the basic phenomena brought into play at the time of the resaturation of a gallery. One proposed a hierarchisation in the processes of simulation by adopting the development of the two conceptual models, one bearing on physics and the other on the numerical aspects. The numerical conceptual model milked space-time introduction of the constituent voluminal elements.