Thèse soutenue

Comportement hydromécanique des matériaux à remblai à base d’argile dans les conditions géoenvironnementales
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Auteur / Autrice : Marvin Middelhoff
Direction : Farimah MasrouriOlivier Cuisinier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergie et mécanique
Date : Soutenance le 18/12/2020
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'énergétique et de mécanique théorique et appliquée (Nancy)
Jury : Président / Présidente : Cristina Jommi
Examinateurs / Examinatrices : Farimah Masrouri, Olivier Cuisinier, Enrique Romero, Yu Jun Cui, Chun-Liang Zhang, Nathalie Aublive-Conil, Jean Talandier
Rapporteurs / Rapporteuses : Enrique Romero, Yu Jun Cui

Résumé

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Dans le cadre du projet Cigéo, l'agence française chargée de la gestion des déchets radioactifs (Andra) étudie des matériaux à base d'argile qui pourraient être utilisés pour remblayer les puits et les galeries du futur stockage de déchets radioactifs de moyenne et haute activité, situé dans la roche sédimentaire Callovo-Oxfordienne (COX) riche en argile, à une profondeur d'environ 500 m. L'installation de remblai dans les puits et les galeries vise généralement à assurer l'intégrité du système de stockage dès sa fermeture. Il sert à stabiliser la formation géologique et à limiter la propagation de la zone endommagée/perturbée autour des excavations. Les matériaux de remblai potentiels doivent donc supporter la contrainte verticale in situ et montrer une pression de gonflement lorsqu'ils saturent dans des conditions de volume constant, celle-ci provoque la fermeture des vides conducteurs hydrauliques. Les déblais d'argile COX broyés et tamisés et leurs mélanges avec de la bentonite MX80 sont des matériaux de remblai potentiels, car ils contiennent de la smectite qui présente un tel comportement hydromécanique. En raison de la présence de smectite, les matériaux de remblai potentiels et leur comportement hydromécanique sont impactés par différentes conditions géoenvironnementales. Dans cette étude expérimentale en laboratoire, il est judicieux d'analyser comment les variations des conditions géoenvironnementales adéquates affectent la performance des matériaux de remblai potentiels à base d'argile, et plus spécifiquement leur changement de volume et leur comportement de conductivité hydraulique. Les conditions géoenvironnementales pertinentes qui affectent les différents paramètres du remblai, sont la fraction de smectite dans les matériaux, le diamètre de grain maximum de la fraction de bentonite dans le mélange, la densité sèche initiale, le degré de saturation, la chimie de la solution saturante, en particulier son pH, et leurs combinai-sons. Les variations de la densité sèche initiale devraient être les plus importantes car les techniques de compactage conventionnelles pourraient être utilisées pour compacter le matériau de remblai in situ. Le comportement hydromécanique des déblais d'argile COX traités et de leur mélange avec la bentonite MX80 est analysé par le biais des méthodes de pression de gonflement à volume constant, de potentiel de gonflement libre, de compression/ oedomètre unidimensionnel et de conductivité hydraulique à charge hydraulique constante. Dans un premier temps, on évalue comment la fraction de smectite dans les matériaux, le diamètre de grain maximum de la fraction de bentonite, la densité sèche initiale et la chimie de la solution saturante affectent individuellement et conjointement l'évolution de la pression de gonflement des matériaux de remblai à base d’argile. L'impact individuel et combiné de la fraction de smectite, ainsi que celui de la chimie de la solution saturante sur l'évolution de la conductivité hydraulique sont ensuite évalués. Afin d'affiner l'impact du pH des solutions, des analyses microstructurales et de texture viennent compléter les essais de conductivité hydraulique. Puis le comportement des changements de volume du mélange COX-argile/ MX80-bentonite traité est évalué, non seulement à l'état saturé mais aussi à l'état non saturé, ce qui permet d'identifier les éventuelles dépendances des schémas hydromécaniques. Enfin, en considérant des échantillons compactés à différentes densités sèches initiales, il est déterminé si la densité sèche initiale affecte les éventuelles dépendances du comportement de changement de volume sur le chemin hydromécanique. Sur la base des recherches effectuées, des conclusions concernant le comportement hydromécanique des matériaux de remblai à base d'argile sont présentées et des suggestions sont faites pour de futures études.