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Connaître la géologie de la roche-hôte

Evaluer la propagation des fractures naturelles dans l’argilite


Des failles pourraient éventuellement drainer préférentiellement les radionucléides depuis la couche d’argilite contenant les déchets radioactifs vers les formations calcaires aquifères supérieures ou inférieures [1]. Outre la capacité des méthodes géophysiques à détecter ces failles [2], les chercheurs de l’IRSN s’interrogent sur leurs mécanismes d’initiation et de propagation dans les alternances de couches plutôt cassantes comme les calcaires et de couches plutôt ductiles comme les argilites.

Les failles existantes étant mieux identifiées et caractérisées dans les couches calcaires par reconnaissance géophysique (telle que l’imagerie sismique [3]), peut-on en déduire jusqu’où elles ont pu se propager dans la couche argileuse ? Quel type de faille traverserait cette couche argileuse ? Une faille existante risquerait-elle, au fil du temps, de traverser la zone de stockage ?


Des données géologiques à partir d’une roche analogue

Les chercheurs ont notamment étudié le cas de failles normales, caractérisées par un déplacement principalement vertical (cf. Figure. 1), un type de failles qui peut être rencontré dans le secteur environnant le site de Meuse/Haute-Marne où l’Andra étudie l’implantation d’un stockage profond de déchets radioactifs.

La propagation des fractures dans les couches calcaires et argileuses étant difficile à étudier sur le site de l’Andra, notamment en raison de leur épaisseur, les chercheurs ont travaillé sur un analogue géologique dans le Bassin du Sud-Est, de composition minéralogique comparable, mais présentant des  alternances de couches argileuses et calcaires très peu épaisses (1 cm à 1 m), ce qui permet de les observer en totalité. A partir d’un recueil de données sur le terrain sur 40 failles (épaisseur des couches, déplacement vertical des couches provoqué par les failles, minéralogie, élasticité, friction, cohésion, etc.), un modèle conceptuel a été construit puis généralisé à tout multicouche argilo-calcaire.

Figure 1 

Figure 1 : Une extension (étirement) produit des failles dites « normales », c’est-à-dire avec une inclinaison d’une soixantaine de degrés par rapport à l’horizontale et un déplacement relatif vertical des deux bords.


Des failles qui s’amortissent dans les couches argileuses

Ce modèle permet de conclure que les failles s’initient préférentiellement dans les calcaires et que leur profondeur de propagation dans l’argilite dépend du déplacement vertical de la faille, un déplacement qui croit avec le temps : les failles de faible déplacement ne traversent pas l’interface calcaire/argilite, les failles intermédiaires sont amorties dans l’argilite alors que les failles les plus importantes traversent plusieurs couches. L’amortissement des failles dépend notamment de la teneur en argile de la roche.

Ce modèle permet de proposer une première estimation de la profondeur de propagation d’une faille normale dont on connaitrait le déplacement vertical par imagerie sismique. En Meuse/Haute-Marne, des failles d’un déplacement vertical de 5 mètres dans les calcaires, difficilement détectables par les méthodes de reconnaissance géophysique les plus sophistiquées [4], ne traverseraient pas la totalité de la couche d’argilite du Callovo-Oxfordien. Le modèle nécessite néanmoins d’être précisé et étendu en étudiant des failles réactivées par plusieurs épisodes tectoniques, notamment en failles décrochantes (mouvement horizontal, cf. Figure 2), comme cela a pu être le cas dans l’histoire géologique de Meuse/Haute-Marne.

Figure 2 

Figure 2 : Un contexte décrochant (étirement dans un sens horizontal et raccourcissement dans l’autre) produit des failles dites « décrochantes », c’est-à-dire approximativement verticales et avec un déplacement relatif horizontal des deux bords.

 

Notes :

1- Pour plus d'informations : Evaluer les transferts de radionucléides dans la roche - En présence de fractures naturelles.
2- Pour plus d'informations : Connaitre la géologie de la roche-hôte - Détecter les failles par des méthodes géophysiques.
3- Imagerie utilisée dans le sous-sol, qui utilise l’écho d’ondes sonores réfléchies par les interfaces géologiques (différentes couches, failles).
4- Pour plus d'informations : Connaitre la géologie de la roche-hôte - Détecter les failles par des méthodes géophysiques.

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