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Contribution to the study of thermo hydro mechanical of sealing galleries and alveolus plugs in the works of radioactive waste storage

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Génie civil Thermo hyro mécanique Thèses et écrits académiques

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Contribution à l’étude du comportement thermo hydro mécanique des bouchons d’alvéole et scellements de galerie dans les ouvrages de stockages de déchets radioactifs

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Contribution à l’étude du comportement thermo hydro mécanique des bouchons d’alvéole et scellements de galerie dans les ouvrages de stockages de déchets radioactifs

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La réutilisation de l'argilite excavée in situ pour fabriquer des noyaux ou de bouchons d'étanchéité dans les stockages des déchets radioactifs nécessite des connaissances sur le comportement thermo hydro mécanique à la fois de l'argilite Callovo Oxfordien et de leurs mélanges éventuels avec la bentonite MX80, un type d'argile gonflante dédiée à ce type d'ouvrage. Les résultats expérimentaux nous montrent que les différents éléments thermo hydro mécanique semblent incapable à se traduire les phénomènes étranges observés sur les essais porosimétrie ou triaxiaux : faible porosité, forte résistance mécanique. Cette analyse nous laisse à penser que la précipitation des calcites au cours du temps dans les macro pores joue un rôle décisif dans la naissance de la stratification Callovo Oxfordien, qui permet d'expliquer clairement l'origine du phénomène. C'est une idée à l'issue de laquelle, plusieurs modèles ont été établis avec les paramètres liés au pourcentage de carbonate, au coefficient de Biot ou à l'effet de la chimie du fluide interstitiel. L'évolution de deux surfaces de charge de type Mroz et Drescher (2003) a été retenu pour cette étude : l'une correspond à l'état de consolidation initiale appelée surface de charge diagenèse et l'autre du au prélèvement des échantillons, créée lors de la décharge hydromécanique, qui s'accompagne une modification des réseaux poreux, en particulier la création des macropores sous l'effet de glissement à l'interface entre les minéraux. Ce modèle en tenant compte de l'endommagement anisotrope, nous a permis de simuler assez bien les résultats d'essais triaxiaux obtenus par BRGM sur l'argilite de Haute Marne à l'état saturé. Avec les résultats d'essais de désorption/sorption réalisés par CEAIEDF, l'extension de ce modèle à l'état partiellement saturé nous aide à évaluer la pression d'eau équivalente ainsi que l'endommagement initiale, bien évidemment anisotrope de l'argilite saine in situ. Une étude du couplage thermo hydromécanique a été menée. Ce modèle nous permet de prédicter les essais thermo chimio mécanique, en tenant compte l'effet du gonflement interfoliaire. L'endommagement sous l'effet thermique a été considéré comme isotrope, nous semble convenable à expliquer la plupart des phénomènes se produisant sur le chemin d'imbibition à contrainte constante sous température variable. Le second objectif de ces travaux vise à envisager la faisabilité d'utilisation des argilites excavées pour la fabrication des pièces compactés, élément primordial constituant les noyaux et les bouchons d'alvéole et de la galerie. Il repose sur la maîtrise des certaines propriétés des poudres d'argilite, notamment vis-à-vis de l'aptitude de gonflement et de la perméabilité intrinsèque du milieu à l'état saturé. Les résultats de 12 essais de gonflement libre sur les poudres d'argilite nous montre une faible déformation de dilatance de l'argilite in situ, confirme sa capacité pour la fabrication des noyaux ou de bouchons d'étanchéité. L'essai d'imbibition à contrainte verticale 7MPa constante sur RE07008 remaniée à 40MPa nous rend une déformation volumique de 0,37%. Il s'avère important d'ajouter la bentonite MX80 afin d'améliorer la qualité de gonflement ainsi la capacité d'étanchéité du milieu. Une analyse de texture des réseaux poreux à l'aide des tests porosimétrie au mercure nous permet de comprendre le rôle de la nature des matériaux, de la densité sèche sur la distribution de porosité : Il existe un seul pic d'accès en macro pore pour le cas de l'argile de référence RE07008 deux pics d'accès en méso et macro pore dans le cas des mélanges argilite-bentonite, la porosité augmente avec le pourcentage de bentonite MX80 ajouté. Le modèle rhéologique Catsus Clay a été sélectionné en fin de compte, nous aide à prévoir l'évolution de la pression d'eau équivalente, de la pression de gonflement, de la contrainte au contact entre les molécules à l'échelle de macrostructure sur différents chemins de sollicitations hydromécaniques. Le mélange de 70%MX80 compacté à 40MPa semble approprié pour répondre aux critères imposés en matière de sécurité et d'économie vis-à-vis de la construction des ouvrages : pression de gonflement résiduelle atteinte 7MPa après une reprise des vides de 10%. Ce pourcentage est vraisemblablement sélectionné pour la fabrication des noyaux et bouchons des alvéoles et des galeries. The reuse of excavated shale in situ to produce cores or plugs a leak in the storage of radioactive waste requires knowledge of the thermo-hydro mechanics of both the Callovian Oxfordian argillite and their possible mixtures with MX80 bentonite, a type of swelling clay dedicated to this type of work. Experimental results show that different thermo-hydro mechanical elements seem unable to translate the strange phenomena observed on tests or triaxial porosimetry: low porosity, high mechanical strength. This analysis suggests that precipitation of calcite over time in macro pores plays a crucial role in the emergence of stratification Callovian Oxfordian, which helps to explain clearly the origin of the phenomenon. it's an idea after that, several models have been established with the parameters related to the percentage of carbonate, the Biot coefficient or the effect of pore fluid chemistry. The evolution of two charged surfaces like Mroz and Drescher (2003) was chosen for this study: one is the initial state of consolidation called load surface diagenesis and the other from the collection of samples, created during the discharge hydro, accompanied a change in pore networks, particularly the creation of macro pores as a result of slippage at the interface between minerals. This model taking into account the anisotropic damage, allowed us to simulate quite well the results of triaxial tests obtained by BRGM on the Haute-Marne argillite in saturated state. With test results of desorption I sorption achieved by CEA I EDF, the extension of this model to the partially saturated state helps us to evaluate the pressure of water equivalent and the initial damage, of course anisotropic argillite healthy situ. A study of hydro-thermal coupling has been conducted. This model allows us to predict chemo thermo mechanical tests, taking into account the effect of interlayer swelling. The damage under the thermal effect was considered isotropic, seems adequate to explain most phenomena occurring on the path of imbibition at constant stress under variable temperature. The second objective of this work is to explore the feasibility of using excavated clays for the manufacture of parts compacted key element constituting the nuclei and cell caps and gallery. lt is based on the mastery of certain properties of powders of argillite, especially vis-a-vis the ability of swelling and the intrinsic permeability of the medium in the saturated state. The results of 12 trials on the free swelling of shale powders shows a small strain dilatancy argillite situ, confirms its ability to manufacture cores and sealing plugs. The test of imbibition at constant vertical stress 7MPa RE07008 redesigned 40MPa makes us a volumetric strain of 0.37%. lt is important to add the bentonite MX80 to improve the quality of swelling and sealing ability of the medium. A textural analysis of porous networks using mercury porosimetry tests allows us to understand the role of the materials, the dry density on the distribution of porosity: There is a single peak access for macro pore the case of clay Reference RE07008 two peaks access meso and macro pores in the case of mixed bentonite-shale, porosity increases with the percentage of bentonite MX80 added. The rheological model was chosen Catsus Clay ultimately helps us to anticipate changes in water pressure equivalent to the inflation pressure, coercion and the contacts between molecules at the macro level on different hydromechanical stress paths. The mixture of 70% compacted MX80 40MPa seems appropriate to meet the criteria necessary for safety and economy for the construction of structures: residual swelling pressure reached 7MPa resumed after a 10% empty. rhis percentage is likely selected for the manufacture of cores and sockets plugs and galleries.

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Text

n17:P1001

n18:T1009

rdaw:P10219

2011

rdau:P60049

n16:1020