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Prévoir le comportement mécanique de la roche

Modéliser le comportement mécanique de l’argilite


La connaissance du comportement mécanique de la roche envisagée pour le stockage de déchets radioactifs en France, une argilite, est l’un des aspects importants, indispensable pour prédire le comportement du massif rocheux sous sollicitation mécanique notamment lors de la phase de creusement et des phases ultérieures.

Le comportement mécanique de l’argilite de Tournemire, qui présente aussi certaines analogies avec la formation argileuse envisagée par l’Andra en Meuse/Haute-Marne, a été étudié en laboratoire sur des échantillons de roche prélevés dans la station expérimentale de Tournemire. Ces résultats et ces interprétations alimentent les modélisations numériques du comportement des ouvrages, qui apportent une connaissance importante pour l’expertise sur le comportement mécanique de l’argilite callovo-oxfordienne du site de Bure.


Les propriétés mécaniques de base

Différentes séries d’essais mécaniques [1] classiques ont clairement mis en évidence, pour l’argilite de Tournemire, un caractère élastique anisotrope (isotropie transverse, cf. figure) ainsi que la dépendance de sa résistance à l’orientation du chargement par rapport à sa stratification (cf. figure) [2].

Figure 3 

 

A gauche : Variation du module élastique en fonction de l’orientation du chargement
par rapport à la stratification (Abdi et al., 2012)
A droite : Variation de la résistance au pic en fonction de l’orientation du chargement
par rapport à la stratification (Abdi et al., 2012)


L’effet de la désaturation

Comme la majorité des matériaux poreux (en particulier argileux), les propriétés mécaniques de l’argilite de Tournemire dépendent de son degré de saturation en eau (i.e. humidité relative, modifiée lors du creusement des galeries), ce qui a clairement été mis en évidence par des essais de laboratoire [3] : le module d’élasticité [4], la résistance et la cohésion augmentent avec la désaturation en eau (la roche devient plus rigide). Aux fortes désaturations, le comportement de la roche devient plus fragile, en particulier perpendiculairement à la stratification.


La prise en compte de l’endommagement

Plusieurs approches ont été suivies pour prendre en compte l’endommagement (au sens d’une diminution des  modules d’élasticité sous l’effet des micro-fissures se développant sous chargement mécanique) dans les modèles de comportement mécanique des argilites de Tournemire : élastoplasticité [5], élastoplasticité avec endommagement isotrope [6], élastoplasticité anisotrope avec endommagement [7], viscoplasticité avec endommagement anisotrope [8].


Notes :

1- Essais de compression et de cisaillement uniaxiaux et triaxiaux.
2- Niandou et al., 1997 ; Abdi et al., 2012.
3- Daupley (1997) et Valès (2004).
4- Cette grandeur traduit la façon dont un matériau élastique se comporte sous l’effet d’un chargement (contrainte ou déformation).
5- P. ex. Abdi et al., 2012.
6- P. ex. Maßmann, 2009.
7- P. ex. Chen et al., 2010.
8- P. ex. Pellet et al., 2005 ; Pellet et al., 2009.

Collaborations

CNRS/LML ; CNRS/Mines ParisTech ; CNRS/UJF ; G3S; CCSN ; Decovalex

Publications scientifiques