L'ASNR mène des recherches sur la sûreté des installations de stockage géologique des déchets radioactifs. Dans un stockage en argilite, une forte production d'hydrogène est attendue après fermeture. Cette phase gazeuse pourrait modifier les propriétés de la roche et des matériaux ouvragés. L‘équation de Darcy généralisée décrivant les écoulements visco-capillaires est la seule approche disponible à l'échelle plurimétrique pour modéliser la migration du gaz. Des expérimentations indiquent un autre mode de migration de gaz dans les argiles saturés en eau [1]. Des observations montrent que le passage de gaz s'accompagne d'une dilatance macroscopique des échantillons d'argilite sans déplacement significatif de l'eau porale. Le gaz semble provoquer une ouverture de chemins préférentiels localisés et réversibles tant que la pression du gaz n'excède pas le seuil de fracturation du squelette solide.

Les résultats plus récents ont révélé la dilatance plus faible et davantage liée à la microfracturation selon les plans de stratification. L'objectif est d'observer directement et de déterminer le domaine paramétrique d'existence des écoulements dilatant de gaz dans un argilite. Une cellule à confinement radiale transparente aux rayons X sera construite. Des injections de gaz dans un échantillon de roche de taille millimétrique y seront effectués sous contrôle de la microtomographie X. Les résultats de l'imagerie seront analysés à l'aide d'approches de corrélation volumique des images.

La cellule à confinement triaxial à développer devrait permettre la restitution de l'état de contrainte in-situ (12MPa) à l'aide d'un fluide. Elle sera en contact avec l'échantillon à travers une membrane imperméable. La fabrication des échantillons cylindriques de petite taille doit modifier aussi peu que possible leur microstructure. Des injections de gaz lentes seront réalisées à l'aide d'une pompe de précision à l'extérieur d'un tomographe pendant une longue période. Des scans seront réalisés régulièrement et notamment avant le début de l'injection et après la percée de gaz. Les espaces poraux seront d'abord segmentés à l'aide des outils classiques (WEKA) à la recherche de pores percolant. Les images obtenues auront néanmoins une résolution d'une dizaine de m, ce qui pourrait ne pas être suffisant pour détecter directement les modifications de la porosité à la suite du passage du gaz. Pour cette raison, la corrélation d'images volumiques (DVC) sera utilisée [3]. En appariant des images obtenues à des instants différents, il est possible de mesurer des champs de déplacement et de reconstruire des champs de déformation dans le volume, ce qui met en évidence des zones endommagées ou perturbées dont la densité n'a pas été suffisamment modifiée pour qu'elles soient visibles sur les images de base. En complétant par une régularisation basée sur l'écart à l'équilibre avec prise en compte de l'endommagement [4], il est possible d'atteindre des résolutions inferieures à la taille d'un voxel (pixel en 3D) pour la mesure d'ouverture de fissures [5]. La DVC sera utilisée pour évaluer des champs d'ouverture de fissures et pour calibrer les paramètres d'un modèle d'endommagement implémenté dans le code de migration de gaz à l'échelle des pores [6]. Une implémentation des approches multiéchelles est également envisagée.

1. Cuss R. et al. (2014). Experimental observations of mechanical dilation at the onset of gas flow in Callovo-Oxfordian claystone. Clays in Natural and Engineered Barriers for Radioactive Waste Confinement. Geological Society, London, 400: 507– 519.
2. Gonzalez-Blanco, L. et al. (2022). A multi-scale insight into gas migration in a deep Cenozoic clay. . Géotechnique, 74(4):337-354.
3. Réthoré J, et al. (2008). Extended three-dimensional digital image correlation (X3D-DIC). Comptes Rendus Mécanique, 336:643–9
4. Hild, F. B. (2015). Damage measurements via DIC. Int J Fract, 191: 77–105
5. Liu H. et al. (2024). Quantifying 3D crack propagation in nodular graphite cast iron using advanced digital volume correlation and X-ray computed tomography, . Engineering Fracture Mechanics, 296
6. Pazdniakou A. et al. (2018). Migration of Gas in Water Saturated Clays by Coupled Hydraulic-Mechanical Model. Geofluids, Aquitard Fluids and Gases, pp.1-25

Mécanique de solides/matériaux, génie civil, Master2 ou diplôme d'ingénieur

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