Résultats à différentes localisations (Kruibeke, Weelde)

Cette section présente les résultats à Kruibeke et à Weelde. La Figure 24 représente différents résultats. Dans la colonne de gauche se trouvent les résultats relatifs à Kruibeke, dans celle de droite, les résultats de Weelde. Ces deux localisations correspondent aux différents cas extrêmes de l’histoire géologique du Bassin de la Campine. En effet, Kruibeke a subi une érosion importante en comparaison de Weelde. Un surplus d’au moins 80 m par rapport à Kruibeke est observé dans les zones plus profondes du bassin comme à Weelde.

Les résultats suivants reprennent l’évolution des contraintes effectives horizontales (

σ

_x') et verticales (σ_y') ainsi que l’évolution de K0 (le coefficient des terres au repos défini

par ₀ ' ' x y K

σ

σ

= ) durant l’histoire géologique. Les unités des contraintes sont les MPa.

Concernant l’évolution des contraintes verticales, celles-ci suivent le chemin de chargement imposé par l’histoire géologique. A Kruibeke (Figure 24(a)), la contrainte verticale augmente suite au dépôt de l’Argile de Boom (profil (1)). Une phase érosive apparaît et réduit fortement cette contrainte (profil (2)). Après cette phase, l’Argile de Boom ne subit que de légères fluctuations de sédimentation et d’érosion (profils (3) (4) et (5)). A Weelde (Figure 24(b)), de la même façon que précédemment, le dépôt provoque une augmentation du poids des terres et une augmentation de la contrainte verticale (profil (1)). L’érosion affecte également cette localité mais de façon moins spectaculaire qu’à Kruibeke étant donné que la couche d’Argile de Boom ne présente aucun hiatus à cette localité (profil (2)). Enfin, les contraintes verticales ne font qu’augmenter suite à la reprise de la sédimentation dans le bassin (profils (3) (4) et (5)).

L’analyse des contraintes horizontales dépend fortement de l’évolution des contraintes verticales. A Weelde (Figure 24(d)), les contraintes horizontales augmentent durant toute l’histoire hormis durant la phase érosive. Par contre à Kruibeke (Figure 24(c)), l’érosion diminue les contraintes horizontales mais de façon moins importante que la diminution des contraintes verticales comme expliqué auparavant.

40

La Figure 24(e) et la Figure 24(f) présentent l’évolution de K0 durant l’histoire géologique. A

la fin du calcul, la valeur trouvée à Weelde est similaire aux valeurs expérimentales (K0~=0.8) (voir Tableau 4). Par contre à Kruibeke, K0 est supérieure à 1. Cela est une

conséquence des contraintes horizontales qui deviennent supérieures aux contraintes verticales lors du processus d’érosion.

Il est intéressant de calculer le coefficient de surconsolidation (OCR) dans les deux cas. A Kruibeke, celui-ci est supérieur à 1 conformément aux mesures expérimentales. Par contre, au vu de l’histoire géologique à Weelde, l’argile est normalement consolidée (OCR=1) ce qui est en désaccord avec les mesures expérimentales réalisées à Mol où l’OCR vaut ± 2.4 (Horsemann et al., 1993). Pour rappel, l'histoire géologique à Mol est équivalente à celle de Weelde.

(a) Contrainte effective verticale - Kruibeke (b) Contrainte effective verticale - Weelde

41

(e) Coefficient des terres au repos - Kruibeke (f) Coefficient des terres au repos - Weelde

Figure 24 : Résumé des différents résultats obtenus à Kruibeke et à Weelde. La colonne de gauche est relative à Kruibeke, la colonne de droite à Weelde. (a) et (b) représentent des profils de contraintes verticales. (c) et (d) illustrent l’évolution des contraintes horizontales. (e) et (f) représentent l’évolution de

K0

La Figure 25 montre les évolutions de pression dans les deux localités. On constate que celles-ci évoluent de façon hydrostatique. C'est-à-dire que les pressions sont dues uniquement au poids de la colonne d’eau. Toutes les éventuelles surpressions ont été dissipées afin d’atteindre cet état permanent. Donc, le temps de consolidation est inférieur aux variations de chargement mécanique.

(a) Pression d’eau - Kruibeke (b) Pression d’eau - Weelde

Figure 25 : Evolution des pressions d’eau à Kruibeke (a) et à Weelde (b)

La Figure 26 présente l’évolution dans le temps des contraintes effectives horizontales et verticales pour Kruibeke (Figure 26(a)) et pour Weelde (Figure 26(b)). Cette évolution des contraintes est analysée à la base du modèle dans les deux cas, c'est-à-dire en considérant les profondeurs finales, soit à 48 m de profondeur pour Kruibeke et à 389 m de profondeur pour Weelde. On constate comme précédemment que la sédimentation est le phénomène dominant à Weelde ce qui provoque une augmentation des contraintes au cours du temps. A Kruibeke,

42

la phase érosive réduit de façon non négligeable la contrainte verticale. Par contre la contrainte horizontale devient supérieure à la contrainte verticale à cause d'un moindre relâchement de celle-ci durant l’érosion.

(a) Evolution des contraintes à Kruibeke (b) Evolution des contraintes à Weelde

Figure 26 : Evolution des contraintes effectives horizontales et verticales à Kruibeke (a) et à Weelde (b)

Enfin pour terminer cette comparaison des résultats entre les phénomènes se produisant à Kruibeke et ceux à Weelde, la Figure 27 montre les chemins de contraintes suivis pour un élément se trouvant à la surface du modèle pour chaque localité. La Figure 27 (a) présente le chemin de contraintes à Kruibeke et la Figure 27 (b) celui suivi à Weelde. Dans cette dernière localité, l’histoire géologique étant essentiellement composée de phases de sédimentation, les mécanismes impliqués sont essentiellement liés à de la compaction. Le chemin de contraintes est tout d’abord élastique. Quand la surface de plasticité est atteinte, le comportement devient plastique et un écrouissage de la surface de charge est observé. Des déchargements élastiques sont observés lors d’érosion mais les chargements postérieurs à ces phases reconduisent l’état de contrainte sur la surface de plasticité. L’état final se situant sur la surface de plasticité indique que l’argile se trouve normalement consolidée.

A Kruibeke, une phase de compaction plastique fait suite à une phase de chargement élastique (point (1)). La phase principale d’érosion a pour effet de diminuer les contraintes verticale et horizontale, ce qui est observé par le déchargement élastique (point (2)). A partir d’un certain moment, il y a inversion des contraintes principales, c’est-à-dire que la contrainte verticale qui était majeure devient mineure et la contrainte horizontale initialement mineure devient alors la contrainte majeure (point (3)). Cette inversion est due à la relaxation plus faible de la contrainte horizontale durant la phase érosive principale. Lors de cette inversion, un chemin d’extension est suivi pour finalement arriver sur la surface de charge (points (4) et (5)). A cause de l’inversion des contraintes, une modification de l’angle de Lode est engendrée

43 induisant une modification de la trajectoire du chemin de contraintes dans le plan déviatorique. La Figure 27(c) représente cette modification d’angle de Lode. Ceci implique une modification de la pente du critère de plasticité dans le plan (Iσ,IIσˆ) comme observé à la

Figure 27(a). La suite de l’histoire géologique est dominée par de faibles cycles de sédimentation et d’érosion (entre les points (5) et (6)).

Une remarque est faite quant à la forme de la surface de plasticité initiale qui montre une cohésion très importante pour un sol peu consolidé, ce qui peut paraître surprenant. Cela s'explique par le choix des paramètres initiaux comme expliqué à la section 1.5.4. Le processus de sédimentation n'induit que des déformations plastiques volumiques, comme observé sur les chemins de contraintes à la Figure 27. Il n'est, dès lors, pas possible d'engendrer un écrouissage de la cohésion se produisant uniquement lors de la formation de déformations déviatoriques plastiques associées au modèle à frottement interne.

(a) Chemin de contraintes en surface à Kruibeke (b) Chemin de contraintes en surface du modèle à Weelde

(c) Chemin de contraintes en surface à Kruibeke. Représentation dans le plan déviatorique

Figure 27 : Chemin de contraintes lors de la modélisation de l’histoire géologique pour un élément situé en surface du modèle à Kruibeke (a) et à Weelde (b). Représentation du chemin de contraintes en surface à

44

Dans le document Caractérisation des effets de température dans la zone endommagée autour de tunnels de stockage de déchets nucléaires dans des roches argileuses (Page 61-66)