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Des simulations à différentes échelles

Simulations comportement géomécanique


Les études relatives aux interactions géomécaniques menées par l’IRSN sont réalisées en collaboration avec des organismes de recherche extérieurs à l’IRSN comme par exemple le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) ou l’unité mixte de recherche du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) de l’Ecole Nationale des Travaux Publics d’Etats (ENTPE) et de l’Ecole Centrale de Lyon (ECL). Des organismes ou universités étrangères peuvent également y être associés.

Ces études concernent plus particulièrement le comportement mécanique et thermo-hydromécanique de la roche et des ouvrages de stockage, comme par exemple :

 L’apparition et l’évolution d’une zone endommagée dans la roche argileuse autour des ouvrages de stockage

En fonction notamment de la résistance de la roche, de la profondeur à laquelle se situe l’excavation, de la technique de creusement utilisée, la réalisation d’un ouvrage souterrain peut provoquer à sa paroi la fracturation de la roche (on parle alors de roche endommagée par l’excavation, ou EDZ pour Excavation Damaged Zone).

Les propriétés hydrauliques de cette zone peuvent être significativement dégradées par rapport à celles de la roche saine et il est important de s’assurer qu’elle ne constituera pas une zone d’écoulement préférentielle susceptible de diminuer les capacités de confinement du stockage lorsque celui-ci sera fermé. Le rapport OECD/NEA n°6184 (2010) fait état d’un certain consensus sur le fait que dans les roches argileuses, cette zone endommagée pourrait se refermer.

Outre les observations effectuées dans le Laboratoire de recherche souterrain de Meuse/Haute-Marne (LSMHM) autour des ouvrages le constituant (galeries, forages), une expérience dédiée est actuellement en cours dans ce Laboratoire pour vérifier in situ ce processus d’auto-colmatage. Les simulations numériques réalisées par l’IRSN visent d’une part  à évaluer la capacité des modèles à reproduire les observations réalisées autour des ouvrages du LSMHM, d’autre part à calculer des ordres de grandeur de l’évolution dans le temps de l’extension de cette fracturation.

Exemple de travaux :­ “On the 3D numerical modelling of the time-dependent development of the damage zone around underground galleries during and after excavation”, Tunnelling and Underground Space Technology 24 665–674, 2009.

 L’effet hydromécanique sur la roche de la charge thermique apportée par les déchets exothermiques (couplage Thermo-Hydro-Mécanique ou THM)

La chaleur dégagée par les déchets de haute activité (HA) provoque un échauffement de l’alvéole de stockage et de la roche environnante susceptible de solliciter à la fois les différents composants de l’alvéole et la roche elle-même, notamment son EDZ. Les argilites étant une roche poreuse initialement saturée en eau, cet échauffement conduit à des couplages thermo-hydromécaniques (THM) dont la simulation nécessite le recours à la modélisation numérique.

En collaboration avec le CEA, l’IRSN utilise préférentiellement le code Castem pour étudier les effets des couplages THM sur l’alvéole et la roche hôte ainsi que la pertinence des dispositions prises par l’Andra pour en limiter les conséquences. Afin de fournir aux modèles numériques les données  nécessaires à leur paramétrisation, des expériences de chauffage in situ [TER (2005-2009), TED (2009- )…] ont été réalisées au LSMHM par l’Andra, qui s’oriente à présent vers un début d’essai de démonstration in situ en vraie grandeur dans le cadre du programme européen LUCOEX (2011-2014).

Par ailleurs, des programmes de recherche internationaux (l’IRSN a participé à certains d’entre-eux) ont également été menés : DECOVALEX-THMC (2004-2011), TIMODAZ (2006-2010), Theresa (2007-2009), etc.

 Le comportement post-fermeture des ouvrages souterrains

Le stockage sera remblayé lors de sa fermeture et les différents ouvrages ne seront alors plus entretenus. Longtemps après la fermeture de l’installation, certains composants des ouvrages,  et notamment les revêtements qui soutiennent les voutes des galeries, devraient perdre leur intégrité mécanique.

Les recherches menées par l’IRSN dans ce domaine visent à évaluer les conséquences possibles de l’effet du poids de la roche sur les remblais (a priori saturés en eau) après la perte de la fonction de soutien des revêtements. Ces travaux ont donné lieu à de nombreuses publications.

 
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