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Evaluer les perturbations dues aux infrastructures

Les interactions entre le béton et la roche


On sait que les éléments chimiques traversent par diffusion l’interface entre le béton et l’argilite via l’eau contenue dans les pores des matériaux : les hydroxydes de sodium, de potassium et de calcium contenus dans l’eau porale cimentaire (pH > 13,2) diffusent vers l’argilite en créant un panache alcalin qui altère ses propriétés de gonflement et de confinement. Inversement, les sulfates et les carbonates de l’eau porale argileuse (pH neutre) diffusent dans le ciment, induisant une attaque multi-ionique susceptible de modifier les propriétés chimiques et mécaniques des matériaux cimentaires.


Une validation des données sur le long terme

Les chercheurs ont étudié, dans la station expérimentale de Tournemire [1], l’extension et l’impact de la propagation de panaches alcalins au sein des argilites toarciennes, ainsi que le vieillissement des matériaux cimentaires, dans le temps et dans l’espace, à partir de trois ouvrages existants :

 un contact argilite/béton sur les parois des galeries Est et Ouest 2003 (≈ 5 ans de contact) dans quatre configurations différentes avec deux bétons [2] et deux types de granulats (calcaires et siliceux) ;
 deux contacts argilite/béton dans deux forages d’exploration) dans le tunnel principal colmatés au début des années 1990 avec du béton CEM II (≈ 15 et 20 ans de contact) ;
 le contact argilite/chaux + calcaire aux parements du tunnel principal (≈ 125 ans de contact).

Accéder à de telles données, de plus de 10 ans, est peu courant à l’échelle de l’expérience scientifique. Les résultats acquis sont uniques tant en termes d’extension des fronts de perturbation que d’identification des processus réactionnels associés. Ils permettent ainsi de disposer de données réelles pour valider les modèles numériques à différentes échéances, après 5 ans, 20 ans, 125 ans d’interaction. Ce travail a fait l’objet de plusieurs publications [3] (collaboration CNRS/Universités de Nîmes, Nancy, Poitiers, Helsinki, Muséum national d’histoire naturelle, Paris VI).


L’effet de la température sur les interactions entre le béton et l’argilite

Les alvéoles destinées à recevoir des déchets radioactifs de haute activité seront soumises à des températures élevées, de l’ordre de 85°C. La réactivité de l’argilite face à cette sollicitation thermo-chimique a été étudiée jusqu’à 50°C mais les données manquent encore quant à l’évolution des interfaces béton/argilite au-delà. Or, les chemins réactionnels et l’extension des fronts de perturbation dans les matériaux peuvent être influencés par l’augmentation de température.

Le projet Cemtex (Cement Temperature Experiment) a débuté en 2012 dans la galerie Ouest 2008 de Tournemire et devrait livrer ses premiers résultats courant 2013. Il vise à étudier la durabilité de deux bétons envisagés pour le stockage en environnement argileux à 70°C, ainsi que la réactivité de l’argilite face à la sollicitation thermo-chimique. Ces expériences, menées dans six forages verticaux, avec des durées d’interaction de 1 à 5 ans dans des conditions de saturation totale en eau (eau cimentaire au contact du béton) n’ont pas d’équivalent actuellement et devraient permettre de consolider les estimations du vieillissement des infrastructures et des colis de stockage.

Localisation des actions de recherche dans la station expérimentale de Tournemire 

Localisation des actions de recherche
 

Notes :

1- Pour plus d'information : La station expérimentale de Tournemire.
2- A base de ciments CEM II A-S 52,5 N CE PM CP2 et CEM II B-M (LL-S) 32,5 R CE CP2.
3- De Windt et al. (2004), Tinseau et al. (2006), Devol-Brown et al. (2007), De Windt et al. (2008), Gaboreau et al. (2011), Techer at al. (2012), Bartier et al. (2013).

Collaborations scientifiques

CNRS/Mines ParisTech ; CNRS/MNHN ; CNRS/Université de Nîmes (CEREGE) ; CNRS/Université de Poitiers (IC2MP) ; Université Paris 6 (UPMC/IMPMC) ; EMPA (Zurich) ; Université de Berne ; NAGRA ; SCK-CEN

Publications scientifiques
En images

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Interface béton/argilite après 20 ans d’interaction

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Installation d’un essai CEMTEX