Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux

Type de document

THESE

Langue

anglais

Auteur

ZENG

Résumé / Abstract

Dans le concept français de stockage géologique profond, il est prévu que les galeries souterraines soient implantées dans une formation argileuse: le Callovo-Oxfordien (COx). Un mélange de bentonite et d'argilite excavée en blocs compactés est étudié comme matériau de scellement/remblai par l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA). Lorsque le stockage sera fermé, les blocs compactés vont gonfler, comblant les vides technologiques, limitant la propagation de la zone endommagée par l'excavation et le transfert de radionucléides vers la biosphère. Pour évaluer l'adéquation du matériau proposé, un programme de laboratoire a été établi dans le cadre de ce travail de thèse pour caractériser le comportement hydromécanique du mélange compacté de bentonite et d'argilite sous différentes conditions environnementales. Des essais de compression, de pression de gonflement, de conductivité hydraulique et de porosimétrie d'intrusion au mercure ont été effectués sur les mélanges compactés de bentonite/argilite pour différentes fractions de bentonite, densités sèches et teneurs en eau afin d'évaluer la performance de ces matériaux. En considérant l'interaction entre la bentonite et l'argilite pendant l'hydratation, l'indice des vides de l'argilite et la fraction volumétrique dans le mélange, la pression de gonflement des grains d'argilite a été déterminée indirectement. En outre, deux méthodes analytiques ont été proposées pour prévoir la pression de gonflement et la conductivité hydraulique des mélanges bentonite/argilite. De plus, la pression de gonflement et la conductivité hydraulique des mélanges bentonite/argilite ont été évaluées sur la base de la distribution de la taille des pores après hydratation. Par la suite, le gonflement aéolotrope du mélange bentonite/argilite compacté avec présence de vides technologiques a été déterminé expérimentalement. Les vides technologiques axiaux pourraient diminuer l'orientation du grain et réduire l'aéolotropie. En revanche, les vides radiaux augmenteraient l'hétérogénéité et renforceraient l'aéolotropie. De plus, le processus d'homogénéisation de blocs compactés avec des vides technologiques a été évalué expérimentalement et théoriquement. Les évolutions des pressions de gonflement axiales et radiales et de la conductivité hydraulique avec le temps ont été étudiées, ainsi que la détermination des variations de la teneur en eau, de la densité sèche, de la succion et de la microstructure. Une attention particulière a été accordée à l'effet du frottement aux interfaces IV et une méthode analytique a été proposée pour estimer la distribution finale de densité sèche des échantillons avec des vides technologiques. Pour étudier l'influence de la composition de l'eau d'hydratation sur les mélanges bentonite/argilite, différents types de bentonite compactées à plusieurs densités sèches ont été hydratés avec de l'eau déminéralisée, de l'eau de site synthétique représentative de l'eau interstitielle du COx et de l'eau cimentaire. La pression de gonflement, la conductivité hydraulique et la microstructure ont été systématiquement déterminées. L'hydratation avec de l'eau de site synthétique et de l'eau cimentaire conduisent a une légère diminution de la pression de gonflement et une augmentation de la conductivité hydraulique en raison des échanges cationiques et de la dissolution de la montmorillonite. Enfin, l'écoulement de l'eau dans le mélange de bentonite/argilite non saturé a été étudié en effectuant des essais d'infiltration et de rétention d'eau en conditions de volume constant et en suivant l'évolution de la microstructure. Sur la base de l'évolution de la structure des pores lors de l'hydratation, les conductivités hydrauliques de l'eau liquide et de la vapeur d'eau ont été évaluées en fonction de la saturation. Un modèle numérique a été développé pour évaluer les contributions respectives des flux de vapeur et d'eau liquide.