Capacit´ e au gonflement des roches

Pour illustrer l’effet de l’eau sur ces trois types d’argilite (Lorraine, Tournemire et Bure 05514), des essais de gonflement libre, avec mesure du d´eplacement normal aux strates, ont ´et´e effectu´es (Fig. 4.16).

L’argilite de Lorraine gonfle plus car elle est initialement non satur´e avec une activit´e de l’eau des pores ´egale `a 0.34 et contient ´egalement 50 % d’illite.

L’argilite de Tournemire et celle de Bure pr´esentent le mˆeme degr´e de saturation initial et quasiment le mˆeme pourcentage d’illite/smectite.

Cependant, le gonflement d’un ´echantillon de la carotte 05514 est le moins significatif et cela est dˆu `a la pr´esence d’un pourcentage ´elev´e de calcite de 51 % qui contribue au freinage du gonflement contre 20 % pour l’argilite de Tournemire. Par cons´equent, cette carotte n’a pas ´et´e prise en compte par la suite dans le programme exp´erimental.

Fig. 4.16 – ´Evolution du gonflement en fonction du temps pour les trois argilites Par la suite, les exp´erimentations `a mener s’articulent autour des th`emes suivants :

1. comportement tridimensionnel des argilites de Lorraine et de Tournemire face `a l’eau, 2. comportement chimico-m´ecanique de l’argilite de Tournemire.

Concernant l’argilite de Lorraine, on n’a pas pu ´etendre l’´etude `a l’effet du chimisme de la solution d’hydratation sur le gonflement. Cela est dˆu `a la fermeture de la mine qui a pos´e un handicap de pr´elever des ´echantillons.

L’influence de l’humidit´e sur le comportement de l’argilite de Bure (05664) est pr´esent´ee dans l’annexe C.

´

Etude m´ecanique

5.1

Introduction

L’objectif principal de ce chapitre est d’´etudier le gonflement tridimensionnel anisotrope d’une roche argileuse soumise `a des contraintes axiale et radiale.

Etant donn´e que l’argilite de Lorraine pr´esente une anisotropie structurelle, il s’agit de d´efinir les coefficients d’anisotropie du gonflement et de la pression de gonflement au moyen des essais de gonflement libre et de gonflement empˆech´e. Ces essais nous permettent de comprendre la r´eponse de la roche pour les deux conditions extrˆemes de gonflement.

Si l’anisotropie du gonflement est omnipr´esente dans les recherches, l’anisotropie de la pression de gonflement pose un probl`eme ambigu pour les approches bas´ees sur les milieux non satur´es. Les essais de gonflement libre et de gonflement empˆech´e ne nous permettent pas d’identifier compl`e- tement le comportement de la roche. Il est alors n´ecessaire de comparer la r´eponse axiale de la roche que ce soit en termes de pression ou de d´eplacement pour deux conditions de gonflement radial : œdom´etrique et libre. Dans ce contexte, Windal [130] _{a montr´e, au moyen de la cellule flexible, que}

le fait d’empˆecher le gonflement radial a pour effet d’augmenter le gonflement axial. Cependant, Grob [49] a constat´e que, lorsque le gonflement radial est libre, le gonflement axial est deux fois su- p´erieur `a celui obtenu en cas de gonflement radial empˆech´e. Devant ces controverses, l’opportunit´e de r´ealiser de tels essais est justifi´ee.

Une fois l’influence du confinement lat´eral sur le gonflement axial d´efinie, il s’agit d’appr´ehender l’effet de la contrainte axiale sur le gonflement radial. Pour cela, la r´ealisation des essais uniaxiaux, avec mesures simultan´ees du gonflement radial et du gonflement axial, est satisfaisante. Ces essais, effectu´es pour diff´erents chemins de d´echargement de la contrainte axiale, permettent de ne pas ´

etudier uniquement l’influence de la contrainte initialement appliqu´ee mais de mettre ´egalement en ´

evidence l’influence de l’historique de d´echargement de la contrainte axiale.

Dans le mˆeme esprit, la cellule triaxiale permet de d´eterminer l’influence de la pression de confi- nement lat´eral sur le gonflement axial ainsi que l’influence de la contrainte d´eviatorique sur le gonflement axial.

A ce niveau, les essais cernent toutes les possibilit´es de gonflement et nous permettent de choisir le comportement le plus convenable parmi ceux contradictoires existants dans la bibliographie :

1. ind´ependance du gonflement dans une direction i avec les contraintes suivant les autres direc- tions [44, 69, 141]_,

2. augmentation du gonflement dans une direction i avec les contraintes suivant les autres direc- tions [130, 137]_,

3. diminution du gonflement dans une direction i avec les contraintes suivant les autres directions

[53, 76, 136]_.

Apr`es avoir d´etermin´e tous les param`etres influen¸cant le gonflement, on s’int´eressera `a l’´etude de la pression de gonflement sur laquelle existent des opinions divergentes sur la d´efinition de sa valeur. Les m´ethodes `a comparer, les plus fr´equemment rencontr´ees dans la bibliographie, sont les suivantes :

– la m´ethode de gonflement empˆech´e,

– la m´ethode de pr´egonflement qui consiste `a laisser l’´echantillon gonfler puis `a le charger par paliers de contraintes croissantes de telle mani`ere `a rattraper le gonflement g´en´er´e,

– la m´ethode d’Huder et Amberg qui consiste `a appliquer initialement sur un ´echantillon une contrainte initiale ´elev´ee, `a le d´echarger par paliers de contraintes d´ecroissantes en attendant la stabilisation du gonflement pour chaque palier. La pression de gonflement correspond `a l’intersection de la droite d’Huder et Amberg avec l’axe des contraintes (´Eq. 3.32, page 42). Ces diff´erentes m´ethodes nous permettent de choisir un ordre de grandeur de la pression de gonfle- ment le plus r´ealiste qui ne contredit pas les r´esultats des essais effectu´es sous chargement.