Modélisation micro-macro par la méthode des éléments discrets (DEM) du comportement à long terme des scellements de puits sous sollicitation hydraulique-gaz
Laboratoire d'accueil : Laboratoire d'étude et de recherche sur les transferts et les interactions dans les sous-sols (LETIS)
Date de début de thèse : décembre 2018
Nom du doctorant : Robert CAULK
Les systèmes d'étanchéité verticaux d'un stockage géologique profond sont l'un des éléments clés de ce confinement, car ils constituent la principale voie potentielle entre les déchets nucléaires et la biosphère. La compréhension des processus de migration des gaz produits par la corrosion métallique, la dégradation microbienne et la radiolyse de l'eau à travers ces systèmes d'étanchéité est d'une grande importance pour l'évaluation des performances et l'évolution à long terme de ces installations. L'un des matériaux candidats de ces joints d'étanchéité consiste en un mélange d'argiles gonflantes sous la forme d'un assemblage polydispersé de granules hautement compactées et de granules broyées, dans un état initial fortement désaturé.
Afin d'étudier le comportement hydromécanique du mélange à l'échelle macro et microstructurelle sous charge hydraulique et gazeuse, l'IRSN a lancé une série d'essais in situ et en laboratoire (tests à petite échelle combinés à la microtomographie par rayons X, observations par tomodensitométrie) au sein des projets Sealex et Vseal. L'un des principaux résultats est un gonflement libre dû au transport de vapeur, les granules d'argile compactées révèlent des motifs de fissures complexes.
Ce travail vise à mieux comprendre le comportement complexe de ce matériau multi-échelles lors de charges asymétriques, hydrauliques et gazeuses. Suivant une approche multi-échelle, le premier objectif est de construire un cadre basé sur des éléments discrets pour l'examen des schémas de fissures des granules d'argile MX80 développés pendant le gonflement libre. Dans ce cadre, le granulé d'argile est discrétisé par des éléments discrets qui sont reliés entre eux par des lois cohésives. La rigidité de contact et la déformation volumétrique des éléments discrets évoluent selon une fonction d'aspiration empirique rapportée respectivement par Darde (2018) et Molinero (2018). L'aspiration est déterminée par une courbe de saturation en pression obtenue pour l'argile MX80 et les pressions interstitielles partiellement saturées sont modélisées à l'aide d'un schéma Pore Finite Volume. Les distributions spatiales de fractures simulées numériquement sont comparées aux mesures expérimentales et à l'imagerie CT-scan rapportées par Molinero (2018).
Les résultats indiquent que des raffinements du modèle peuvent être nécessaires, y compris la prise en compte des microstress, des flux de fluides micro-macroporosité et des changements de ratio de vide.