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Assurer le scellement final d’un stockage

Etude en laboratoire des argiles gonflantes


La conception des scellements repose sur une partie centrale (noyau) constituée d’un matériau argileux naturel gonflant, dont les propriétés hydromécaniques (gonflement, perméabilité) doivent permettre d’obtenir une conductivité hydraulique [1] globale faible de l’ordre de 10-11 pour les scellements de puits et 10-10 m/s pour les scellements d’alvéoles et galeries, ainsi que fixés à ce stade par l’Andra). Afin de dimensionner et de mettre en œuvre des expérimentations in situ de scellements, il est nécessaire de caractériser le comportement hydro-mécanique de ces matériaux, en particulier en condition d’hydratation.


Le gonflement à l’hydratation

Les noyaux de scellement sont constitués d’un matériau argileux naturel gonflant, une bentonite smectitique sodique [2] essentiellement composée de montmorillonite. Cette bentonite est broyée, tamisée et compactée pour obtenir un matériau homogène dont les pores mesurent entre 0,03 et 400 micromètres.

Ces noyaux argileux sont mis en place dans un état partiellement saturé en eau (degré de saturation voisin de 80 à 85 %) et ils vont se saturer progressivement sous l’influence des conditions hydrauliques in situ, par apport d’eau porale de la roche : l’argile va progressivement gonfler, et ce gonflement va finalement combler les vides en parois des alvéoles de stockage (vides créés autour du noyau argileux, lors de la mise en place du scellement, typiquement des jeux de plusieurs centimètres) diminuant la perméabilité du scellement. Ce mécanisme est étudié en laboratoire au moyen d’essais spécifiques (essais d’hydratation avec ou sans jeu de mise en place).


Les propriétés de l’argile gonflante à l’état saturé

A l’état saturé, deux grandeurs sont à considérer : d’une part la pression de gonflement exercée par le noyau (à volume quasi constant), d’autre part la conductivité hydraulique. Ces deux propriétés sont censées être intrinsèquement liées à la densité sèche effective de bentonite, ce que confirment les résultats expérimentaux pour la pression de gonflement finale, indépendamment de la présence ou non de vides autour du noyau lors de la mise en place du scellement, mais pas pour la conductivité hydraulique qui augmente lorsque ces vides sont présents. La relation entre perméabilité et degré de saturation n’est donc pas strictement monotone, aspect qui est encore généralement non pris en compte dans les modèles de perméabilité relative.


Notes :

1- La conductivité hydraulique traduit l’aptitude d’un milieu poreux, ici la roche, à laisser circuler un fluide. Elle se mesure en m.s-1 mais n’est pas directement comparable à une vitesse.
2- Dans la pratique, ce sont actuellement des bentonites du Wyoming (de type MX80 sodique) qui sont retenues, avec ajout possible d’une fraction sableuse (silice ou calcaire).

Collaborations scientifiques

CNRS/Ecole des Ponts ParisTech (Navier)

Publications scientifiques