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Etanchéité de l’interface argilite-bentonite re-saturée et soumise à une pression de gaz, dans le contexte du stockage profond de déchets radioactifs

type de publication      doctoral thesis
date de publication 27-06-2013
auteur(s) Liu Jiangfeng
jury F. Skoczylas, C. Davy, L. Dormieux, Y. Berthaud, N. Burlion, R. Saw, M.V. Villar, J. Talandier
école Ecole Centrale de Lille
  
résumé Dans la conception du site français de stockage profond de déchets radioactifs de haute et moyenne activité, les mélanges bentonite (argile gonflante)-sable compactés sont généralement choisis pour réaliser la barrière de scellement, sous forme d’un assemblage de briques (ou bouchon) entre les colis de déchets radioactifs et la roche hôte (l’argilite). In situ, après absorption d'eau depuis la roche hôte, le bouchon de bentonite-sable permettra l'étanchéité en raison de son gonflement et de sa faible perméabilité à l’eau. Dans ce contexte, la problématique du comportement à long terme des bouchons d'argile impose d’évaluer l’efficacité de leur capacité de scellement (et de celle de leur interface avec la roche hôte) en cas d’une production de gaz, prévue in situ et induite par la corrosion humide, la dégradation de matière organique ou la radiolyse de l'eau.
Pour évaluer la bonne étanchéité du bouchon bentonite-sable, des expériences de perméabilité au gaz kg sont réalisées sous contrainte hydrostatique croissante Pc (jusqu'à 12MPa). Nous montrons qu’une étanchéité au gaz, avec kg inférieure à 10-20 m2, est observée à des saturations en eau Sw de 86-91% pour Pc ≥ 9 MPa. Aux niveaux de saturations intermédiaires (entre 52 et 63%), les propriétés de transport de gaz du bouchon dépendent de deux effets antagonistes. Tout d'abord, le gonflement induit une augmentation du volume de l'échantillon, et donc du volume poreux accessible au gaz, de sorte que kg tend à augmenter. D'autre part, à volume d'échantillon donné, la prise de masse induit une diminution du volume poreux accessible au gaz via un gonflement de la bentonite (en remplissant les pores d'eau), de sorte que kg diminue.
Pour les bouchons seuls ou l’ensemble argilite/bouchon, notre principale contribution concerne le comportement en gonflement, la pression de percée de gaz, ainsi que l’identification des voies de passage du gaz. Les résultats expérimentaux montrent qu’une pression de gaz d’au moins 4MPa a un effet significatif sur la pression effective de gonflement. Après saturation complète en eau, l’écoulement continu de gaz au travers du bouchon seul se fait à Pgaz=7-8MPa s’il dispose d’une interface lisse avec un autre matériau (tube métallique), alors que celui au travers de l’ensemble bouchon/argilite a lieu à Pgaz=7-7,5MPa. Le passage à travers le bouchon gonflé au contact d’une interface rugueuse se fait à une pression de gaz bien supérieure à la pression de gonflement du bouchon. Notre interprétation est que l'interface argilite-bouchon ou l’argilite sont les voies possibles de passage préférentiel du gaz lorsque tous les matériaux sont complètement saturés.
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