L’effet de la température sur l’argilite du COx

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Chapitre 1 Etat de l’art

1.4 L’effet de la température sur l’argilite du COx

La décomposition des déchets nucléaires HA-MAVL étant un processus exothermique, ceci va conduire à une augmentation de la température de la roche hôte. Cette variation -peut affecter le comportement de l’argilite. La plus grande préoccupation est de savoir dans quelle mesure les propriétés de barrière étanche de cette roche seront, sur le long terme, modifiées à des températures maximum de 90°C1, 75. Comme nous le savons, la roche hôte autour de la galerie sera progressivement (re)saturée après la fermeture du tunnel. On peut penser qu’il y aura une période transitoire pendant laquelle des zones (exemple dans l’EDZ) resteront partiellement saturées. Il y a donc un champ considérable d’investigations à mener sur les couplages THM prenant en compte la température comme sollicitation mais aussi comme facteur d’influence sur les propriétés du matériau. Par exemple, une forte augmentation de température va influer sur la pression de l’eau interne qui par couplage peut conduire jusqu’au claquage de la roche. Il y a cependant un effet compétitif avec la perméabilité qui pilote la chute plus ou moins rapide de cette surpression ou conditionne son intensité.

De là, des études expérimentales et numériques ont été mises en œuvre in-situ ou en laboratoire, pour simuler ces comportements couplés sur les courts et longs termes.

1.4.1 Essai in-situ sur l’effet thermique

L’Andra a déjà mené deux séries d’essai de chauffage à la profondeur de 490m au niveau de URL. La première série est appelée TER (cf. figure 1.21)21. Cette série d’essai a commencé en juillet 2005. La source de chauffage est installée à côté de l’extrémité du forage, et quelques capteurs sont installés afin de mesurer la pression de pore, la déformation, et la température lors du chauffage qui a démarré le 11 Janvier 2006 pour une période de 200 jours. Une autre

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phase de chauffage a commencé à la fin de 2006. La figure 1.22 présente l’évolution de la pression interstitielle due à l’augmentation de la température dans la première phase de chauffage. Il montre que la pression interstitielle évolue de manière similaire à la modification de la température due à la dilatation différentielle entre les phases solides et fluide.

Figure 1.21 - Vue générale 3D de l’essai TER

Figure 1.22 - l’évolution de pression interstitielle due à l’augmentation de la température1, 21

Afin de parfaire la compréhension de l'impact thermique sur l’argilite et de faire une comparaison avec les résultats expérimentaux obtenus in-situ, de nombreux chercheurs ont développé des modèles numériques pour simuler le comportement THM du matériau. Jia et al76 ont utilisés une formulation théorique couplée qui intègre un modèle constitutif spécialement développé pour ce matériau qui a donné des résultats numériques assez fidèles aux résultats expérimentaux (cf. figure 1.23).

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Figure 1.23 - Influence du coefficient de dilatation thermique de la roche sur la pression des pores à l'intérieur de forage TER140276

L’étude du comportement THM de la roche hôte s’est poursuivie par une deux autres essais appelés TEC et TED - menés en permanence in-situ (cf. figure 1.24). La Figure 1.25 présente l’évolution de pression interstitielle due à l’augmentation de la température. Nous pouvons remarquer que la pression interstitielle augmente très rapidement au début de l’augmentation de la température jusqu’à une valeur maximum. Elle diminue ensuite lentement après ce point culminant. Cette diminution est due à la diffusion de la pression interstitielle qui fait partie de l’effet compétitif mentionné auparavant.

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Figure 1.25 - L’évolution de pression interstitielle due à l’augmentation de la température. (a) TED1253 est parallèle au litage; (b) TED1258 est perpendiculaire au litage.77

1.4.2 Essai au laboratoire sur l’effet thermique

Les difficultés expérimentales à mener des essais de couplage avec température font qu’il n’y a pas beaucoup d’études sur le comportement THM d’argilite. Zhang et al78 ont effectué quelques séries d’essais sur l’effet thermique : expansion et contraction thermique (chauffage et/ou refroidissement), pression d’eau de pore induite thermiquement, influences de la température sur la déformation et la résistance, impacts thermiques sur le gonflement, scellement et perméabilité. Ils ont conclu que ces réponses THM dépendent des propriétés inhérentes au matériau lui-même tels que ses composants minéraux, sa porosité et liées à l’étatde celui-ci : saturation en eau, conditions extérieures tels que le confinement, l’intervalle de température, etc.

Théoriquement, sur pression de pore induite par la température n’apparait que dans les sols et les roches de faible perméabilité en raison du fait que le coefficient de dilatation thermique de l'eau est nettement supérieur à celle du squelette solide. Mohajerani et al79 ont étudié la pression de pore induite par la température se produisant dans l’argilite du COx, sur un échantillon resaturé au laboratoire. Cet essai a été réalisé avec une cellule spéciale de compression isotrope. Ils ont trouvé que la pressurisation thermique dépendait d’interactions complexes, comprenant la dilatation thermique des constituants (eau et minéraux) et les conditions de chargement.

Hamza et al75 ont mis en œuvre un nouvel essai en cellule triaxiale sur cylindre creux, spécialement développée pour les matériaux à faible perméabilité, et destinée à l’étude du comportement TM de l’argilite saturée. Ils ont effectué des essais de cisaillement drainés à 25°C, des essais de chauffage drainés de 25°C à 80°C sous différents confinements et pressions de pore et des essais de perméabilité à l’eau. Les résultats montrent peu d'effet de la température sur les propriétés élastiques mais une diminution de la résistance au cisaillement a été notée conformément aux quelques données publiées disponibles. La température semblait également avoir peu d'effet sur la perméabilité intrinsèque, avec des débits plus élevés principalement en raison de la diminution de la viscosité de l'eau.

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Chapitre 2 Mesure du coefficient de Biot de l’argilite

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