La simulation numérique du comportement thermo-hydro-mécanique dans les ouvrages de stockage de déchets radioactifs

The numerical simulation of behavior thermo-hydro-mechanical for geological disposal of radioactive waste

• Auteur / Autrice : Trung Dung Bui
• Direction : Jean-Claude Robinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déchets dangereux

Substances radioactives

Stockage

Argilite

Argile

Résumé

Ce travail de thèse est une contribution à l’évaluation de la sûreté et de la durabilité d’un stockage des déchets radioactifs en formation géologique profonde. La durabilité des ouvrages de stockage doit être garantie sur une période des milliers d’années sous des sollicitations couplées: thermique, hydraulique, mécanique et chimique. Donc, la simulation numérique est envisageable. Des hypothèses simplificatrices sont proposées et ont fait l’objet d’établissement de modèles conceptuels phénoménologiques et numériques. Le modèle conceptuel phénoménologique concerne tout particulièrement la rhéologie des matériaux intervenants (l’argilite, l’argile gonflante, béton, acier). Le comportement de l’argilite de Bure a été considéré comme hypo-élastique associé à un endommagement anisotrope induit par les déformations en extension. A l’état saturé, la phase fluide est en interaction partielle avec la phase solide de l’argilite, caractérisée par un coefficient de Biot, qui évolue en fonction de l’endommagement. La bentonite est utilisée le modèle Catsius clay dans sa version simplifiée. La distribution des contraintes aux états non saturés utilise l’extension des contraintes effectives introduisant une pression homogénéisée (eau+gaz) appelée pression de pore. Une relation hyperbolique est proposée pour décrire cette pression de pore qui est fonction de la succion, de l’indice des vides et du coefficient de Biot. Le comportement des soutènements en béton a été considéré comme élastique décroissant avec le temps pour tenir de la dégradation chimique. Enfin la corrosion est modélisée en considérant que la pénétration des molécules d’eau est associée à un gonflement induit par ses produits de corrosion. Ainsi le modèle de gonflement est largement inspiré de celui des argiles gonflantesLe modèle conceptuel numérique traite de l’introduction spatio-temporelle des éléments volumiques constituants l’ouvrage. On a opté pour un maillage fixe et une évolution spatio-temporelle des propriétés hydromécaniques des matériaux. L’approximation numérique fait appel au code de calcul Cleo qui utilise la technique des éléments finis sur l’espace et celle des différences finis sur le temps. La résolution est réalisée avec la méthode itérative de Picard. Quelques exemples les plus significatifs des simulations numériques ont été présentés.

This thesis is a contribution to the evaluation of safety and durability of radioactive waste storage in deep geological formation. The durability of the storage must be guaranteed over one period of the thousands years under coupled stress: thermics, hydraulics, mechanics and chemical. So, the numerical simulation is conceivable. Simplifying assumptions are proposed and were by subject of establishment of phenomenal and numerical conceptual models. The phenomenological conceptual model relates to the rheology of intervening materials particularly (argilite, expansive clay, concrete, steel). The behaviour of the Bure’s argilite was regarded as hypo-elastic associated with an anisotropic damage induced by the deformations in extension. In the saturated state, the liquid phase is in interaction partial with the solid phase of the argilite, characterized by a Biot coefficient, which develop according to the damage. The bentonite is used the model Catsius clay in its simplified version. The stress distribution in unsaturated states uses the extension of the effective stress by introducing a homogenized pressure (fluid+gas) called pore pressure. A hyperbolic relation is proposed to describe this pore pressure which is a function of suction, of void ratio and Biot coefficient. The behaviour of concrete was considered as decreasing rubber band with time to hold of chemical degradation. Finally corrosion is modelled by considering that the penetration of the water molecules is associated in swelling induced by its products of corrosion. Thus the swelling’s model is largely inspired by that of expansive clays. The numerical conceptual model treats an introduction of space-time of the constituent elements. We chose a fixed grid and a space-time evolution of the hydraulic properties of materials. The numerical approximation calls upon Cleo’s code which uses the finite element’s method on space and that of the finite differences over time. The resolution is carried out with the iterative method of Picard. Some most significant examples of the numerical simulations were presented.