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Modélisation numérique du couplage entre l’endommagement et la perméabilité des roches. Application à l’étude des ouvrages de stockage souterrain

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Séminaire du SARG - 21/01/2005 - K. Maleki
Le couplage entre endommagement mécanique et évolution de la perméabilité des roches suscite un intérêt grandissant pour certaines applications industrielles tel le problème de la fissuration induite autour des ouvrages souterrains à réaliser pour les stockages de déchets radioactifs.
Cet endommagement peut augmenter considérablement la perméabilité et constituer de ce fait, un risque de «court-circuit» hydraulique pouvant remettre en question les propriétés de confinement des formations géologiques hôtes retenues. Des recherches à caractère expérimental sur ce sujet ont d’ores et déjà permis de déterminer les ordres de grandeur de l’effet de l’endommagement sur la perméabilité, mais une modélisation numérique de ce phénomène permettant d’en établir les lois rhéologiques reste à faire : c’est l’objectif principal de ce travail.
On définit d’abord la notion d’endommagement de fissuration, avec un endommagement représenté par une distribution de fissures sous forme de disques dans l’espace, avec prise en compte de l’aspect double porosité pour sa modélisation en milieu poreux. On utilise une méthode d’homogénéisation pour simuler l’écoulement à travers le réseau de fissures et de pores, et pour calculer la perméabilité équivalente du milieu fissuré. L’étude des corrélations entre les valeurs de perméabilité et d’endommagement, obtenues pour différents états de fissuration, a permis d’établir une relation entre l’endommagement de fissuration et la perméabilité pour les cas de chargements classiques (extension simple et compression simple).
Pour généraliser cette relation au cas d’un chargement triaxial quelconque, l’endommagement de fissuration est mis en relation avec la notion d’endommagement mécanique, issue d’un modèle mécanique reliant l’endommagement aux contraintes et aux déformations. La loi de comportement poro-mécanique avec endommagement ainsi établie est implantée dans le code de calcul aux éléments finis «CESAR-LCPC». La modélisation d’une galerie souterraine a démontré la faisabilité du calcul de l’endommagement dans le massif par cette méthode, ce qui permet par conséquent de déterminer l’évolution de la perméabilité et des écoulements entre les ouvrages et le milieu géologique.