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Modélisation micro-macro par la méthode des éléments discrets (DEM) du comportement à long terme des scellements de puits sous sollicitation hydraulique-gaz


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Robert Caulk a soutenu sa thèse le 28 janvier 2022 à l'Université Grenoble Alpes.

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Mots clés >

Unité de recherche > IRSN/PSE-ENV/SEDRE/LETIS

Auteurs > Robert CAULK

Date de publication > 28/01/2022

Résumé

​Les systèmes d'étanchéité verticaux pour les stockages géologiques profonds de déchets nucléaires sont l'un des éléments clés du confinement à long terme des déchets car ils constituent la principale voie potentielle entre l'installation de stockage et la biosphère. Les mélanges d'argile gonflante sont de bons candidats comme matériaux de scellement en raison de leur faible perméabilité dans des conditions insaturées et saturées ainsi que de leur potentiel de gonflement. La présente thèse évalue et relie les processus hydromécaniques dans ces mélanges d'argile qui se produisant aux échelles submillimétrique et métrique en développant un ensemble de nouveaux modèles conceptuels discrétisés avec les méthodes des éléments discrets et des volumes finis. A l'échelle submillimétrique, le présent travail étudie l'évolution des perméabilités à l'eau et au gaz suite au développement de fissures dans l'argile compactée partiellement saturée. L'imagerie tomodensitométrique à rayons X est utilisée pour renseigner le champ de porosité initial, et les perméabilités directionnelles eau/gaz sont collectées pour tous les niveaux de saturation. Ces données de perméabilité microscopique sont mises à l'échelle à l'échelle du laboratoire, où un emballage mixte de pastilles d'argile compactées sphériques et de poudre d'argile est modélisé à l'aide d'un cadre de transport de masse sur mesure. Le cadre régit le transport de la masse entre les vides remplis de poudre d'argile et les boulettes d'argile compactées. Un tel modèle permet d'apprécier l'évolution de la perméabilité à l'échelle métrique par rapport aux niveaux de saturation, ainsi que l'évolution hétérogène des pressions de gonflement. Enfin, la thèse contient également une démonstration des contraintes de stabilité computationnelle et numérique associées à la combinaison de la méthode des éléments discrets et des volumes finis. De plus, une variété de techniques d'accélération sont proposées et finalement utilisées dans les cadres présentés. La thèse se termine par une variété de résultats non intuitifs pour les évolutions de la perméabilité dans des conditions partiellement saturées pour les échelles submillimétrique et métrique.