Conclusions générales

La problématique en géomécanique dans un stockage géologique profond est abordée par la conceptualisation des phénomènes mécaniques purs et couplés avec les autres phénomènes (THMC) autour des ouvrages de stockage. Cette conceptualisation offre un moyen pour mener une analyse complète et globale du comportement mécanique des ouvrages durant leurs différentes phases de vie.

La création et l’évolution de l’EDZ, le couplage THM et le couplage chimico-mécanique représentent les trois phénomènes majeurs en géomécanique. Dans le temps, ces trois phénomènes majeurs ne sont pas tout à fait concomitants. Le développement de l’EDZ se produit d’abord à l’excavation ; il est suivi du couplage THM pendant l’exploitation et pendant la phase thermique du stockage qui dure de une à quelques centaines d’années ; enfin, le couplage chimico-mécanique devient significatif après plusieurs milliers ou dizaines de milliers d’années. Spatialement, l’EDZ se limite dans une zone dont l’extension est du même ordre de grandeur que l’ouverture des ouvrages, le couplage THM s’étend sur plusieurs dizaines mètres, alors que l’étendue du couplage chimico-mécanique est principalement circonscrite à l’alvéole.

En raison de leur rôle clef dans le dimensionnement du stockage, les mesures de conductivité thermique des argilites sur échantillons ont fait l’objet d’une intercomparaison utilisant des matériaux de référence parfaitement homogènes et secs. Nous avons constaté qu’il est nécessaire d’utiliser plusieurs méthodes pour obtenir une valeur moyenne avec une précision supérieure à 5%. Autour d’une alvéole de stockage, les conductivités thermiques des argilites de l’EDZ sont plus faibles que celle des argilites non perturbées à cause de la désaturation et de la fissuration. Cependant, l’impact de cette zone sur l’évolution de la température dans les alvéoles n’excède pas 5°C en raison de l’extension limitée de cette zone.

Les fortes hétérogénéités du champ de déformation entre la matrice argileuse et les grains de quartz et de calcite constituent un des principaux mécanismes de fissuration dans les argilites. La fissuration à l’échelle micrométrique par fissuration hydraulique, mise en évidence par les mesures d’émissions acoustiques et de porosité constitue l’autre mécanisme. De surcroît, la fissuration des argilites dépend sensiblement de la composition chimique de l’eau.

Sur la base d’essais sur échantillons d’argilites, une relation entre différents modules de déformation (sécant, tangent et sur cycles) est proposée. Les mesures de perméabilité à l’eau et au gaz réalisées sur les argilites ont été analysées et comparées avec les mesures in situ et les mesures sur échantillons de granite. Sur échantillons, l’augmentation de la perméabilité n’est observée que sur le trajet de chargement en extension. La perméabilité des argilites dépend du type de fluide. La perméabilité à l’eau est de 3 à 4 ordres de grandeur inférieure à celle au gaz.

Pour traiter la dispersion naturelle des résistances en compression uniaxiale sur échantillons, due à la variabilité minéralogique d’une formation peu fracturée ou sans fracture, une notion de résistance du massif dans une telle formation à l’échelle de l’ouvrage est proposée, par une re- définition du paramètre S du critère de rupture de Hoek-Brown. Une relation entre le paramètre

S et la dispersion est établie à partir de la loi de distribution normale (gaussienne). Ainsi les critères d’endommagement et de rupture des argilites ont été proposés.

Les essais de fluage sur échantillons ne mettent pas en évidence l’existence d’un seuil de fluage, alors que les contraintes in situ sont anisotropes. Une piste pour traiter cette contradiction, sous l’hypothèse d’une vitesse de fluage nulle, est l’introduction d’un seuil de fluage variable en fonction de l’écart entre l’état de contraintes actuel et l’état de contraintes initiales in situ. Ceci permet de modéliser le comportement différé des ouvrages du stockage. Par ailleurs, une approche de l’interprétation des déformations différées par endommagement différé est proposée. Les paramètres du modèle ont été caractérisés.

Pour évaluer l’évolution de l’EDZ à long terme, notamment sous l’effet des déformations viscoplastiques, la notion des critères d’endommagement et de rupture en déformation est introduite pour les argilites.

Le couplage hydromécanique est très difficile à quantifier en raison des incertitudes qui existent sur la représentativité des mesures de la variation de pression interstitielle sur échantillons. Pour cette raison, les mesures des paramètres du couplage hydromécaniques b et M sur échantillons sont entachées d’incertitudes difficiles à quantifier.

En comparaison avec le coefficient de dilatation thermique, la déformation engendrée par une variation d’un degré d’humidité relative est de même ordre de grandeur que celle induite par une variation de température de 10°C. Pendant le prélèvement, le transport et la conservation des échantillons, l’impact de la variation d’humidité relative sur l’état physico-chimique des argilites est bien plus important que celui induit par une variation de la température.

Deux définitions de pression de gonflement sont proposées, Pgε et Pgσ. La première est une pression générée à volume constant lors d’une réhydratation, la seconde est un seuil de contrainte auquel les déformations macroscopiques en réhydratation sont bloquées. Cette distinction permet d’expliquer l’écart des mesures fournies par différents protocoles d’essai.

L’augmentation de la pression de pore et l’éventuelle fracturation des argilites par la surpression d’origine du couplage THM ont été mises en évidence. La détermination des coefficients de dilatation thermique α et αm se heurte à la représentativité de la condition hydraulique (drainée ou non drainée) pendant les essais sur échantillons.

Les modèles rhéologiques développés dans différentes études pour les argilites ont été présentés. L’évaluation de la pertinence des modèles fait l’objet de l’étape suivante des études géomécaniques, notamment dans le cadre du projet Européen Modex-Rep.

Les modélisations du comportement mécanique des alvéoles de déchets vitrifiés montre la nécessité d’utiliser des critères de rupture et d’endommagement en déformation pour déterminer l’évolution de l’EDZ dans le temps. Les interactions hydrique, hydraulique et mécanique entre le bouchon en argile gonflante et les argilites ont été quantifiées. L’EDZ au droit du bouchon d’une alvéole de déchets vitrifiés est considéré fermée en raison du développement de la pression de gonflement qui atteint 7 MPa après sa resaturation.