Analyse des incertitudes issues de la modélisation couplée HM Gaz à grande échelle dans une installation de stockage géologique profond de déchets radioactifs

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des travaux de recherche que mène l'IRSN autour du stockage géologique profond des déchets radioactifs à haute activité HA et MAVL dans une couche d'argilites du Callovo-Oxfordien (projet Cigéo). Dans l'argile du Callovo-Oxfordien ainsi que dans les barrières ouvragées d'une installation de stockage (bentonite, béton...), des phénomènes de transport de gaz (hydrogène généré par corrosion) en milieu poreux partiellement saturé sont susceptibles de se produire et ainsi perturber la roche et le réseau de galeries remblayées (i.e.,endommagement mécanique). L'objectif de cette thèse est d'évaluer les effets simultanés d'une pression d'entrée non nulle et de la déformation géomécanique sur la migration de gaz durant sa phase de post-fermeture sur des périodes de centaines de milliers d'années.

Le travail de thèse consiste à introduire le couplage hydromécanique (HM) dans la modélisation des interfaces entre les scellements et la roche hôte en milieu poreux diphasique eau-gaz afin d'évaluer leur influence sur la pression de gaz et sur l'écoulement.

Une étude bibliographique sur les modèles de couplage hydromécaniques a été élaborée. Elle a permis de développer un modèle HM couplant la loi linéaire élastique (Loi de Hooke) pour les déformations mécaniques à un modèle d'écoulement diphasique liquide-gaz incluant la pression d'entrée établi précédemment (Amri, 2021). Le couplage HM est basé sur les travaux de Bishop (1959) et de Coussy (1991).

Actuellement, des cas tests d'injection de gaz sur des échantillons de matériaux argileux (perméamètre à gaz) ont été proposés et simulés par le code TOUGH2 afin d'étudier le comportement de leur propriétés hydrauliques locales (porosité, perméabilité...) lorsque celles-ci seront soumises à des sollicitations mécaniques. Des modèles analytiques seront également proposés pour faciliter l'estimation de ces propriétés par des méthodes inverses. Un travail est en cours pour résoudre numériquement les équations de couplage HM et leur implémentation dans une plateforme adéquate (e.g., FEniCS, Castem...), ainsi que leur vérification par des solutions analytiques exactes et leur validation sur des expérimentations que l'on définira prochainement (EURAD, VSEAL...). Enfin, le code développé sera testé sur le cas d'un alvéole et d'un module HA de l'installation CIGEO (Saâdi, 2022).

Une autre étude pourra être réalisée durant la dernière année de thèse afin évaluer les incertitudes de la réponse des modèles de migration du gaz et de leur sensibilité par rapport à un ou plusieurs paramètres mal connus en utilisant des méthodes probabilistes (Ababou,2008).