Chapitre III Étude Expérimentale de la Cicatrisation des
III.1 Préparation des essais
Pour mettre en évidence et comprendre le processus de cicatrisation dans l’argile de Mol et du Mont Terri, une série d’essai a été réalisée au laboratoire G3S et LMS. En premier lieu on détermine la perméabilité initiale des roches prélevées supposées intactes. Ceci nous permet d’avoir un ordre de grandeur bien défini et donne la possibilité de comparer les résultats des essais au laboratoire et in situ. Ces essais sont effectués par la méthode du pulse test ou par mesure du débit en régime permanent. Par la suite on étudiera l’effet de la contrainte de confinement et de la contrainte déviatorique sur la cicatrisation d’un échantillon pré-endommagé. Cela se fait par des mesures de perméabilité pour chaque état de chargement et en fonction du temps. On enchaîne avec des mesures en traction simple pour vérifier la reconstitution de la cohésion de la roche argileuse déjà cicatrisée.
Dans ce qui suit, on donne une idée générale de la préparation des essais au laboratoire et des difficultés rencontrées.
III.1.1 Réception des échantillons et conditionnement
Les séries d’échantillons testés dans le cadre de cette étude ont été prélevées à partir de carottes provenant de sondages ou à partir de blocs d’argile retirés lors du creusement du tunnel à une profondeur environ de 230 mètres, dans des formations argileuses de deux sites différents. Cette profondeur correspond au milieu de la couche d’argile de Boom (argile plastique). Les échantillons d’argile du Mont Terri (argile raide) ont été retirés à une profondeur variant entre 230 m et 300 m. de l’argile. A ce niveau la contrainte verticale totale est de l’ordre de 4,5 MPa à 4,8 MPa et la pression interstitielle
est d’environ 2 MPa. Des essais d’humectation-dessiccation réalisés sur ces deux roches ont montré que ces dernières étaient saturées à l’état naturel. Les blocs d’argiles ont été, ensuite, emballés sous vide dans du papier aluminium puis entreposés dans la chambre frigorifique Viessmann k60/125 du laboratoire LMS où règne une température adéquate contrôlée de 8°C.
III.1.2 Préparations des éprouvettes
On a noté une grande difficulté pour carotter les échantillons, la roche étant très friable. Différentes techniques ont été utilisées (par exemple utilisation d’une carotteuse, de scie, …). Les éprouvettes utilisées pour ce type d’expérience sont cylindriques, de diamètre variable selon la nature de l’essai (voir Tableau n°1). Le refroidissement, lors du découpage, est assuré à l’air libre, aucun liquide de lubrification n’est utilisé, ceci afin d’éviter toute perturbation pouvant modifier les caractéristiques initiales des éprouvettes et affecter les mesures de la perméabilité. Les éprouvettes sont par la suite conditionnées dans un emballage de papier aluminium et de paraffine, puis réintroduites dans la chambre frigorifique pour être conservées avant le début des essais.
Malgré les nombreuses précautions prises pour éviter une dé-saturation lors du carottage ou lors de la conservation de l’échantillon, il est inévitable qu’une dé- saturation ait lieu au niveau de la surface des échantillons, c’est pourquoi on est amené à re-saturer, à chaque fois, l’échantillon avant de commencer l’essai.
Type de l’essai perméabilité Essai initiale
Essai
confinement déviatorique Essai traction Essai
Diamètre (mm) 36 50 50 60
Hauteur (mm) 72 100 100 120
Tableau III.1 - Les différentes dimensions des éprouvettes utilisées pour réaliser les essais.
Il est intéressant de noter que l’argile de Mol et l’argile du Mont Terri présentent plusieurs couches de stratification sédimentaire. On les considère désormais comme des matériaux poreux, homogènes et isotropes, mais on effectuera, tout de même, les essais selon deux directions : c’est à dire parallèlement et perpendiculairement à la stratification.
L’argile de Mol présente une aspect assez humide et souvent plus plastiques et « mécaniquement moins résistants » que l’argile de Boom qui a été étudiée dans le passé dans la thèse de Rousset. Cette différence de comportement est due au fait que l’argile de Mol présente un aspect hétérogène.
III.1.3 Préparation du fluide d’injection
La mesure de perméabilité à l’eau est préférée à celle au gaz puisque l’utilisation de ce dernier implique un calcul par la théorie du milieu non saturé, ce qui complique évidemment l’interprétation.
La perméabilité et la teneur en eau de l’argile sont trop faibles pour qu’on puisse en extraire une quantité relativement importante d’eau, c’est pourquoi on utilisera de l’eau en équilibre physico-chimique ou de l’eau distillée.
L’utilisation d’une eau en équilibre physico-chimique avec celle demeurant dans le matériau s’impose afin d’éviter les réactions chimiques susceptibles de modifier les propriétés de la roche surtout lorsqu’on est amené à réaliser des essais de longue durée.
La procédure de préparation de cette eau est celle habituellement suivie au LMS & G3S, elle consiste à mélanger de l’eau distillée et de l’argile broyée (500 g d’argile pour 1 litre d’eau). Ce mélange est remué régulièrement pendant plusieurs jours puis filtré plusieurs fois avec des filtres en papier «Joseph» jusqu’à l’obtention d’un fluide clarifié sans dépôt. Pour éviter des phénomènes d’oxydation des pyrites, le mélange est préparé sous vide. L’équilibre est supposé atteint après environ un mois.
III.1.4 Méthode de re-saturation
Il est indispensable de saturer l’éprouvette avant le début de l’essai, en effet la présence d’une petite quantité d’air à l’intérieur de l’éprouvette provoque des modifications possibles substantielles de la circulation d’eau et de la compressibilité du fluide contenu dans la roche.
Pour assurer une saturation parfaite de l’échantillon, on réalise le vide dans la cellule durant une heure (le vide est fait avec l’éprouvette en place. En effet, vu les diamètres de pores et la perméabilité, la dé-saturation locale par évaporation est négligeable pendant une telle période. En contrepartie on s’affranchit du risque d’obtenir un milieu biphasique liquide/gaz, aussi que du risque d’oxydation par présence d’oxygène de l’air). Puis, on injecte l’eau préparée par la face supérieure de l’éprouvette à la pression hydrostatique qui règne à la profondeur de prélèvement de l’échantillon.
Cette phase préliminaire de re-saturation dure entre 10 et 30 jours pour les essais réalisés dans les laboratoires G3S et LMS.