Caractérisation des hétérogénéités texturales et hydriques des géomatériaux argileux par la méthode de Polarisation Provoquée : Application à l’EDZ de la station expérimentale de Tournemire

Gonca OKAY, thèse de l'Université Pierre et Marie Curie (UPMC), spécialité Géophysique appliquée, école doctorale Géosciences et ressources naturelles (ED398), soutenue le 25 mars 2011

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse s’inscrit dans la problématique générale de la sûreté des stockages de déchets radioactifs en formations argileuses profondes. Le creusement d’ouvrages souterrains dans les argilites induit la création d’une zone endommagée ou perturbée dont la caractérisation constitue un enjeu de sûreté majeur.
La caractérisation de l’extension spatiale de cette zone endommagée et de son évolution dans le temps a été effectuée par le suivi de la résistivité électrique et de la polarisation provoquée (PP) dans trois galeries de la station expérimentale de Tournemire (Aveyron, France) de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN). Les résultats obtenus montrent que les anomalies PP mises en évidence dans le domaine temporel (PPT) s’expliquent par la présence de minéralisations (plus particulièrement de pyrite) localisées dans des discontinuités structurales suivantes : fractures tectoniques (mm-cm), faille tectonique (m) et nodules calcaires (cm). Avec la résistivité électrique, nous avons montré que la méthode PPT était sensible aux modifications texturales liées à la désaturation de la roche, provoquée par la ventilation de la galerie. Cet effet a été particulièrement bien mis en évidence aux parois verticales des ouvrages. Les résultats acquis dans le domaine spectral (PPS) ont permis de discriminer dans la réponse PP, la contribution de la désaturation de la roche et celle liée à la fracturation purement mécanique.
Le volet expérimental de cette thèse conduit en laboratoire a concerné des mesures PPS (1,4 mHz - 12 kHz) sur des échantillons argilo-sableux non-consolidés saturés. Ils ont montré que les phénomènes de polarisation dans un mélange argilo-sableux sont liés au premier ordre aux propriétés surfaciques (i.e., capacité d’échange cationique, surface spécifique) du matériau et à la teneur en argile. Ces phénomènes de polarisation sont indépendants de la concentration de l’électrolyte utilisé. La réponse PPS des mélanges est également très sensible à la minéralogie des différentes familles d’argiles impliquée ; elle met en évidence une diversité des comportements électriques d’argiles de même famille minéralogique.