et essais sur échantillons
• A l’échelle du site du laboratoire,la campagne de sismique 3D de 4 km2en 2000 et les forages carottés EST204 et EST205 dans l’axe de chacun des deux puits ont précisé la géométrie des couches composant le sous-sol du site du laboratoire.
La campagne de sismique 3D a permis d’obtenir une image en volume du site du laboratoire avec un niveau de détail plus grand. Elle a confirmé que la couche argileuse du Callovo-Oxfordien est régulière avec une épaisseur supérieure à 130 m et une géométrie conforme à l’histoire des dépôts qui se sont succédés au Callovo-Oxfordien. Il n’y a donc pas eu de phénomène perturbateur sur la zone du laboratoire depuis la formation du Callovo-Oxfordien (grande stabilité).
Elle n’a mis en évidence aucune faille à jeu vertical dans la couche du Callovo-Oxfordien, ni dans les horizons sus-jacents de l’Oxfordien calcaire. Dans les niveaux inférieurs de la couche sous-jacente du Dogger, des structures subverticales ONO-ESE avec un jeu vertical de faible amplitude (2,50 m au maximum) ont été détectées sans pouvoir en déterminer la nature exacte (fracturation ou structure géologique particulière) : cette indétermination a été levée dans une étape ultérieure.
RFS III.2.f. Les objectifs du laboratoire souterrain devront notamment être :
- d’effectuer des mesures sur les roches en place ou sur des fluides aussi peu perturbés que possible par les conditions de l’expérience, afin d’améliorer la connaissance des paramètres déjà évalués en partie lors du programme de reconnaissance mené à partir de la surface,
- de déterminer, par des expériences à caractère plus global, le comportement des différentes roches et des fluides, en prenant en compte les phénomènes naturels et les modifications provoquées par la réalisation du stockage,
- de reconnaître le milieu, notamment sa variabilité dans l’espace, pour évaluer la capacité du site, puis l’empla-cement possible des galeries et futurs ouvrages de stockage,
- de déterminer les méthodes de creusement, de rebouchage et de scellement des cavités.
Mesuresin situet sur échantillons
Des mesures devront être effectuées au laboratoire, pour confirmer ou préciser les valeurs des paramètres et pour apprécier leur anisotropie, leur distribution spatiale, ainsi que les effets d’échelle. Parmi les investigations à mener, il conviendra :
- d’évaluer la perméabilité en grand du milieu,
- de préciser, notamment par des mesures à partir du fond, le rôle hydraulique des failles ou fractures aquifères éventuellement rencontrées,
- de déterminer et suivre dans le temps les propriétés géochimiques des eaux et gaz rencontrés au cours de la foration des galeries et sondages depuis le fond, dans le but de préciser les connexions des zones plus ou moins perméables traversées,
- d’évaluer le tenseur des contraintes initiales,
- d’apprécier à partir des cavités creusées dans le laboratoire souterrain la forabilité de la roche ainsi que son comportement en parois (risque d’écaillage pour les roches dures, convergence pour les roches plastiques) - de mesurer les effets mécaniques différés (relaxation, fluage),
- de préciser les propriétés géochimiques pouvant intervenir sur la migration des radionucléides et notamment d’affiner la détermination des coefficients d'échange eau-roche mesurés sur carottes.
Construction en 3D du modèle géologique
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Le milieu géologique : le site de Meuse/Haute-Marne
Position des forages réalisés par l’Andra sur le secteur et des mesures sismiques
• A l’échelle du secteur, quatre forages à but hydrogéologique et géochimique (EST201, EST202, EST203, EST206) ont été réalisés en 2000 à diverses profondeurs autour de l’emplacement des deux puits et équipés d’instruments de mesure pour y suivre les pressions hydrauliques.
Ils ont permis de déterminer les gradients hydrauliques dans les trois formations surmontant le Callovo-Oxfordien (calcaires du Barrois, marnes du Kimméridgien, Callovo-Oxfordien) et de préciser leur hydrologie afin d’en définir l’état initial avant d’engager la construction du laboratoire. A partir des tests hydrauliques en forage et des analyses géochimiques effectuées sur les prélèvements d’eau, l’Andra a établi une description fine des niveaux perméables et imperméables sur l’ensemble du site, identifié les niveaux les plus poreux dans l’Oxfordien calcaire, mesuré leur perméabilité et caractérisé leurs relations hydrauliques.
• Le programme extensif d’essais mécaniquesmené sur les carottes du forage EST205 a permis d’améliorer les connaissances sur le comportement géomécanique des argilites et d’élaborer des modèles de compor-tement pour établir des prévisions d’endommagement de la roche selon le type de construction des installa-tions souterraines.
Ce forage a, de plus, permis, pour la première fois sur le site, d’effectuer des mesures pour connaître l’état initial des pressions de terrains dans les formations géologiques.
Ce programme a été complété par des mesures géomécaniques dans le forage EST204 réalisé dans l’axe du puits principal
• Huit forages de profondeurs différentes sur cinq emplacements répartis sur l’ensemble du secteur (programme FSP) ont permis, en 2003, d’évaluer la charge hydraulique dans l’Oxfordien (EST311, EST313, EST321, EST331, EST351)et dans les niveaux supérieurs du Dogger (EST312, EST322, EST342) sur une large superficie autour du laboratoire.
Les emplacements choisis se situent sur un transect orthogonal à celui des trois forages existant depuis 1996 (HTM102, EST103, MSE101), à plus de 5 km de chacun d’eux, pour mieux caler les modèles.
La perméabilité des formations calcaires a été mesurée dans ces forages pour évaluer les vitesses d’écou-lement des eaux. Des prélèvements d’eau ont aussi été réalisés pour analyser certains radionucléides présents naturellement dans ces eaux (krypton 81 et chlore 36) et déterminer depuis combien de temps elles s’étaient infiltrées dans la roche. En outre, les observations géologiques réalisées dans ces forages et des prélèvements de carottes ont permis d’acquérir de nouvelles données, jusqu’à une distance d’une dizaine de kilomètres du site, et de consolider ainsi le modèle géologique.
• En 2003-2004, le programme de reconnaissance de la formationa comporté huit forages (programme FRF) : - quatre forages déviés (EST209, EST211, EST361 dans le Callovo-Oxfordien, EST210 dans le Dogger) ont confirmé l’homogénéité de la formation-hôte et l’absence de faille. Plus de 1 300 m de carottes ont été extraites dans la formation du Callovo-Oxfordien et 300 m dans la formation du Dogger.
Le premier objectif a été de reconnaître la nature des structures repérées en 2000 dans les calcaires du Dogger par la sismique 3D : le forage dévié EST210 dans le Dogger a montré qu’elles ne correspondaient pas à des failles, mais présentaient les caractéristiques géométriques et sédimentologiques de massifs de coraux fossiles observés par ailleurs sur des affleu-rements régionaux. A leur aplomb, la perméabilité du haut du Dogger, loin d’en être affectée, est au contraire très faible. Les mesures sismiques faites à partir de ce forage pour obtenir une image plus nette du Dogger à cet endroit ont confirmé cette interprétation. Ces travaux permettent donc d’écarter la présence de structures tectoniques dans le Dogger au niveau du site.
Le forage dévié EST211 a carotté la formation du Callovo-Oxfordien sur plus de 400 m au dessus des structures vues dans le Dogger où il n’a repéré aucune discontinuité et peu de microfissures.
Deux autres forages déviés ont suivi les argilites sur une grande longueur dans le Callovo-Oxfordien : le forage EST361, quasiment horizontal, de même direction que les précédents (NO-SE) sur plus de 800 m (dont 650 m carottés) et le forage EST209 de direction orthogonale sur 300 m.
Le forage EST205
Il été réalisé suivant une méthode différente des précédentes, en utilisant une boue à l’huile pour obtenir une stabilité parfaite des parois du forage et une excellente qualité d’échantillons (carottes à but d’études géomécaniques).
Plateforme de forage
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Le milieu géologique : le site de Meuse/Haute-Marne
Reconnaissance géophysique par forages déviés et mesures géophysiques
-Ces trois derniers forages ont reconnu la formation-hôte sur 1500 m et permis de comparer ses caractéris-tiques sédimentologiques et pétrophysiques à l’échelle de l’emprise du laboratoire avec les informations de la campagne sismique 3D sur le site. Ils ont montré qu’il n’y avait pas de fractures et très peu de microfissures dans le Callovo-Oxfordien sur le site du laboratoire et que celles-ci étaient colmatées. Elles sont, de plus, préfé-rentiellement localisées au toit et au mur de la couche et sont espacées d’une (ou plusieurs) centaine de mètres.
Leur extension serait d’ordre métrique. Des mesures in situ ont vérifié la très faible perméabilité de l’argilite.
-Les forages EST361 et EST209 ont aussi servi à des mesures de contraintes in situ pour préciser le champ de contraintes naturelles dans le Callovo-Oxfordien.
Carottes d’argilite
- quatre forages verticaux ont mesuré des paramètres importants pour la sûreté (EST207, EST208, EST212, EST363).
Compte tenu de la capacité limitée des gaz à se disperser hors des formations analogues peu perméables examinées à l’étranger, l’Andra a cherché à évaluer les conditions de transport des gaz qui pourraient être produits par la dégradation des composants du stockage (principalement l’hydrogène issu de la corrosion des composants métalliques du stockage). Terminés fin 2004, les essais d’injection de gaz dans le forage EST363 sur la plate-forme de Saudron (540 m) ont permis de déterminer les pressions d’entrée d’air et de fracturation dans les argilites et d’évaluer les conditions d’écoulement eau / gaz, en particulier de préciser à partir de quelle pression le transfert des gaz dans les argilites du Callovo-Oxfordien se fait par écoulement conjoint avec l’eau ou par l’ouverture de fractures dans la roche saine. Dans ce cas, il a été constaté que ces dernières se referment et que la perméabilité de la roche n’est pas modifiée après l’évacuation du gaz.
Achevées en juin 2004, les mesures de pression et l’échantillonnage des fluides à partir du forage EST207 (- 560 m) ont permis d’obtenir le profil de pression hydraulique sur toute la hauteur du Callovo-Oxfordien et aux interfaces avec les formations encaissantes.
Ces données ont été complétées par les mesures de pression en continu obtenues grâce à des sondes EPG (similaires à celle installée en 1996 dans le forage EST107) placées dans les argilites du Callovo-Oxfordien (forages EST211, EST212 et EST363).
Dans le forage EST208, l’Andra a réalisé, à partir de la surface, un essai de diffusion à 500 m de profondeur similaire à ceux conduits à partir des galeries expérimentales souterraines (expérimentation DIR exposée ci-dessous).
Carothèque du Laboratoire de Meuse/Haute-Marne