Perméabilité à l’eau pendant et après la saturation

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Chapitre 5 Mesures de la perméabilité à l’eau et du coefficient de Biot de l’argilite

5.4 Résultats et discussion

5.4.1 Perméabilité à l’eau pendant et après la saturation

(a) Pompe Gilson (b) Pompe ISCO Figure 5.2 - L'image des deux pompes utilisées pour l’essai

Les conditions de contraintes in-situ sont souvent estimées par: une contrainte totale verticale σv = 12.7MPa, une contrainte horizontale majeure σH = 12.7-14MPa, une contrainte horizontale mineure σh = 12.4MPa, et une pression de pore u = 4.9MPa113. Ces valeurs entrainent que la contrainte effective de Terzaghi est d’environ 8MPa dans le site. Afin de réduire l'influence d'une perturbation supplémentaire, nous avons choisi d’appliquer (en entrée d’échantillon) la même contrainte effective deTerzaghi et/ou sa moitié, c'est-à-dire Pc = 6MPa,

Pi =2MPa et Pc =12MPa, Pi=4MPa, lors de la saturation de l'échantillon (cf. tableau 5.1). L'eau

pure et l'eau de site sont utilisées dans les essais pour voir si cela entraine des effets sur la durée de saturation et la mesure de perméabilité. Nous verrons, un peu plus loin dans les résultats et perspectives, qu’en réalité la contrainte effective de Terzaghi n’est pas homogène dans le matériau et nous proposerons des essais futurs visant à minimiser cet aspect.

Dans le cas homogène, la perméabilité à l'eau est calculée par la loi de Darcy comme suit: 𝐾 = −𝑄𝜇𝑤

𝐴 × 1

𝐺𝑟𝑎𝑑(𝑃) (5.1) où Q est le débit d'eau, μw est la viscosité de l'eau, A est la coupe transversale de l'échantillon et Grad(P) est le gradient de pression ((Pi-P0)/L). L est la longueur de l’échantillon.

5.4 Résultats et discussion

5.4.1 Perméabilité à l’eau pendant et après la saturation

On peut enregistrer les volumes injectés dès la phase de saturation et traduire cette mesure en perméabilité à l’eau. Cela est indicatif mais a l’intérêt d’être rapide et d’indiquer la stabilité de l’écoulement. La figure 5.3 précise les évolutions de la perméabilité à l'eau pendant et après le processus de saturation. Nous observons d’abord que la perméabilité de tous les échantillons diminue lors de la saturation et a tendance à se stabiliser lorsque l'échantillon est

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saturé. Au début de la saturation, la perméabilité à l’eau est environ 10-18m², ce processus est dû à une superposition de volumes injectés dus à la perméation et à l’imbibition. Elle diminue ensuite au fil des jours légèrement avec l'augmentation du degré de saturation. Le tableau 5.1 précise le temps nécessaire à ce processus et la présence ou non d’eau expulsée en haut de la cellule. Nous avons pu observer cet écoulement pour les échantillons de la cellule T1 EST51446, EST53642, EST56033.

• Pour les échantillons EST51446-33 et EST51446-34, nous observons que l’eau sort respectivement au 40ème jour et au 36ème jour.

• Pour les échantillons EST53642-22 et EST53642-24, l’écoulement de l’eau se produit respectivement au 10ème jour et au 14ème jour.

• Pour les échantillons de la cellule T1 EST56033, nous observons, également, un écoulement d’eau au 18ème jour et au 37ème jour.

La figure 5.4 donne quelques photos de l’écoulement quand il est détecté. Cependant, la figure 5.3 (b) et tableau 5.1 indiquent que parfois nous n’observons pas de présence d’eau dans le tube haut pour ces deux échantillons qui sont de dimensions importantes et ceci même après une longue durée, 108j pour l'échantillon EST49114-5 et 48j pour l'échantillon EST49114-6. Cela signifie que ces deux échantillons ne sont pas encore entièrement saturés. Logiquement les échantillons de petite dimension peuvent être saturés en un temps relativement court, alors qu'il s’avère difficile de saturer un échantillon de grande dimension. Les résultats des échantillons EST56033-9 et EST56033-18 possédant une hauteur différente, ont également conduit à cette conclusion. Tous les résultats provenant de ces échantillons nous indiquent que l'argilite est un matériau d’une faible perméabilité à l’eau, et que le processus de saturation est très lent. C’est ce qui rend aussi délicat (voire problématique) la réalisation d’essais poromécaniques à l’eau de ce matériau. Ces propriétés confirment que les formations d’argilite possèdent une bonne capacité d'étanchéité pour le dépôt de déchets HA-MAVL.

L’analyse de la figure 5.3 (a) et du tableau 5.1, nous montre que l'état initial de l'échantillon a des effets sur le temps de saturation et qu’un séchage initial permet de réduire la durée du processus de saturation. Les microfissures causées par le retrait du processus de déshydratation pourraient être une explication en rendant plus facile le transport d'eau à travers l'échantillon. Ceci est cependant contradictoire avec les essais de sealing menés par ailleurs au laboratoire. Nous pouvons également observer que le temps de saturation et la perméabilité à l’eau finale dépendent de l’état initial des échantillons qui a donc une incidence significative sur la perméabilité à l'eau. Enfin, en comparant la perméabilité à l'eau des échantillons de la cellule T1 EST53642 (cf. figure 5.3 et tableau 5.1), nous pouvons voir que l’influence de l’eau injectée n’a pas une incidence considérable. La perméabilité à l'eau mesurée par l'eau pure est d'environ 10-20 à 10-21 m², alors qu'elle est d'environ 10-21m², mesurée par l'eau de site.

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(a) Les échantillons de la cellule T1 EST51446 (b) Les échantillons de la cellule T1 EST49114

(c) Les échantillons de la cellule T1 EST53642 (d) Les échantillons de la cellule T1 EST56033 Figure 5.3 - Perméabilité à l’eau des échantillons de différentes cellules T1 mesurée pendant et après la saturation 10-21 10-20 10-19 10-18 0 10 20 30 40 50 EST51446-33 D=20mm H=40mm EST51446-34 D=20mm H=40mm Wa te r p e rm e a b ili ty ( m ²) Time (day) Water flow out

Water flow out

10-21 10-20 10-19 10-18 10-17 0 20 40 60 80 100 120 EST49114-5 D=37mm H=44mm EST49114-6 D=37mm H=44mm Time (day) Wa te r p e rm e a b ili ty ( m ²) 10-21 10-20 10-19 10-18 0 5 10 15 20 25 EST53642-22 D=20mm H=10mm EST53642-24 D=20mm H=10mm Wa te r p e rm e a b ili ty ( m ²) Time (day) Water flow out

Water flow out

10-21 10-20 10-19 10-18 10-17 0 10 20 30 40 50 EST56033-18 D=20mm H=25mm EST56033-9 D=20mm H=10mm Wa te r p e rm e a b ili ty (m ²)

Water flow out Water flow out

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(a) L’échantillon EST51446-33 (b) L’échantillon EST53642-24 (c) L’échantillon EST56033-9 Figure 5.4 - Détection de l'écoulement de l'eau du tube haut

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