Nucléation de fissure en présence de couplages multiphysiques

par Yassine Aderkaoui

Projet de thèse en Structures et Matériaux

Sous la direction de Luc Dormieux.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Multi-échelle (equipe de recherche) depuis le 08-10-2018 .


  • Résumé

    Le couplage mécanique entre le fluide et le solide dans un milieu poreux est un élément capital de la modélisation des géomatériaux. D'autres mécanismes de couplage peuvent se superposer, par exemple en présence de variations de température ou de phénomènes physico-chimiques. On parle alors de couplages multiphysiques dans les milieux poreux. L'objectif de la thèse consiste à modéliser et simuler dans ce contexte la nucléation et la propagation de fissure en abordant successivement le couplage poromécanique, le couplage thermoporomécanique et le rôle de la physico-chimie. Plusieurs situations industrielles sont envisagées pour appliquer concrètement les développements théoriques de portée générale. La prévision du phénomène de nucléation de fissure est un sujet fondamental encore assez largement ouvert. En s'inspirant des travaux de D. Leguillon, la thèse de T. Carlioz (soutenue en 2017) a récemment proposé un critère de nucléation purement énergétique et a illustré sa mise en oeuvre en l'absence de couplage dans le cadre du creusement de galeries souterraines à grande profondeur. Les prolongements de ces travaux donnent lieu à une première question centrée sur le couplage poromécanique. Il s'agit d'analyser les effets des surpressions de fluide en lien avec l'anisotropie poroélastique du matériau. Plus spécifiquement, l'existence d'un champ de surpressions anisotrope peut-elle expliquer l'anisotropie des systèmes de fissures observés in situ ? L'entreposage de déchets radioactifs à grande profondeur se traduit par un dégagement de puissance thermique dans le massif rocheux environnant. Il en résulte une élévation de température dans les deux phases solide et fluide. Cependant, en présence du contraste des propriétés de thermodilatation et de la faible perméabilité du matériau, elle s'accompagne d'une surpression de fluide. La justification de la sécurité du stockage requiert d'évaluer le risque du nucléation d'origine thermoporomécanique et le comportement ultérieur de la fissure éventuellement formée, en particulier son implication dans l'évolution des propriétés de transport du matériau. Le troisième volet de la thèse est consacré au rôle de la physico-chimie dans le processus de propagation de fissure dans un milieu poreux saturé. L'idée consiste à évaluer l'interprétation du fluage par un mécanisme de propagation subcritique alimenté par des mécanismes de dissolution en pointe de fissure. Les applications potentielles concernent les sites de stockage de l'Andra et la problématique de l'abandon de cavités salines (Storengy).

  • Titre traduit

    Crack nucleation in the presence of multiphysics couplings


  • Résumé

    The mechanical coupling between the fluid and the solid in a porous material is a crucial element of the modeling of geomaterials. Other coupling mechanisms may be added, for example in the presence of temperature variations or physicochemical phenomena. This is called multiphysic coupling in porous material. The aim of the thesis is to model and simulate in this context nucleation and crack propagation by successively addressing poromechanical coupling, thermo-poromechanical coupling and the role of physicochemical. Several industrial situations are envisaged to concretely apply the theoretical developments of general scope. The prediction of the phenomenon of crack nucleation is a fundamental subject that is still largely open. Drawing on the work of D. Leguillon, T. Carlioz's thesis (defended in 2017) recently proposed a purely energy nucleation criterion and illustrated its implementation in the absence of coupling in the context of underground galleries at great depth. The extensions of this work give rise to a first question centered on the poromechanical coupling. This involves analyzing the effects of fluid overpressures in relation to the poroelastic anisotropy of the material. More specifically, can the existence of an anisotropic overpressure field explain the anisotropy of the crack systems observed in situ? The storage of radioactive waste at great depth results in a release of thermal power in the surrounding rock mass. This results in a rise in temperature in both solid and fluid phases. However, in the presence of the contrast of the thermodilating properties and the low permeability of the material, it is accompanied by a fluid overpressure. The justification of the safety of the storage requires to evaluate the risk of the thermoporomechanical nucleation and the subsequent behavior of the crack possibly formed, in particular its implication in the evolution of the transport properties of the material. The third part of the thesis is devoted to the role of physico-chemistry in the crack propagation process in a saturated porous medium. The idea is to evaluate the interpretation of creep by a subcritical propagation mechanism fed by dissolution mechanisms at the crack tip. Potential applications concern Andra's storage sites and the problem of abandoning salt cavities (Storengy).