Travail de fin d études
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- Pierre-Yves Laberge
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1 Travail de fin d études Modélisation hydromécanique de l argile à Opalines: retour d expérience sur le micro-tunnel HG-A BERTRAND François Université de Liège Juin 2014 BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
2 Introduction Fission nucléaire Déchets radioactifs Stockage? Couches géologiques profondes Etudes laboratoires souterrains FIGURE: Localisation laboratoire Mont-Terri - Autoroute A16. Source : mont-terri.ch. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
3 Sommaire 1 Contexte 2 Laboratoire du Mont-Terri 3 Modèles physiques 4 Modélisation BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
4 Contexte 1 Contexte Constat Conséquence Solution 2 Laboratoire du Mont-Terri 3 Modèles physiques 4 Modélisation BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
5 Constat Utilisation de la fission nucléaire pour produire de l électricité 15% de l électricité mondiale FIGURE: Part mondiale de chaque carburant dans la production d énergie primaire en * «Other» inclus les énergies renouvelables autres que l hydroélectricité et les biocarburants. Source : IEA BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
6 Constat FIGURE: Evolution de la production d électricité par fission nucléaire (en TWh). Source : WNA Nette baisse en 2012 suite à l accident de Fukushima. Sortie programmée du nucléaire pour l Allemagne, la Belgique et la Suisse. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
7 Conséquence Production de déchets radioactifs. Rayonnement ionisant dommageable pour les êtres vivants Isoler de la biosphère Suisse : m 3 de déchets radioactifs à terme BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
8 Solution Largage en mer Envoi dans l espace Zone de subduction BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
9 Solution Stockage en couches géologiques profondes Au vu des connaissances actuelles, solution privilégiée = stockage en couches géologiques profondes. Exigences : roche stable, pas de ressources rares exploitables, profondeur et extension suffisantes, roche la moins perméable possible. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
10 Laboratoire du Mont-Terri et argile à Opalines 1 Contexte 2 Laboratoire du Mont-Terri Le projet Mont-Terri La géologie du site L argile à Opalines Expérience HG-A 3 Modèles physiques 4 Modélisation BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
11 Le projet Mont-Terri Projet international de recherche. Objectifs : analyser propriétés hydrogéologiques, géochimiques et mécaniques de l argile à Opalines + variations induites par l excavation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
12 La géologie du site Pendage des couches de 45 o vers le SSE aux environs du laboratoire. 300m de roches surincombantes (jusqu à 1000m dans le passé). FIGURE: Source : mont-terri.ch, d après Freivogel & Huggenberger, Laboratoire compris dans une couche de 160m d épaisseur : argile à Opalines (Leioceras Opalinum). BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
13 L argile à Opalines FIGURE: Carte géologique des faciès de l argile à Opalines aux environs du laboratoire souterrain du Mont Terri. Source : [Wileveau, 2005]. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
14 Expérience HG-A Micro-tunnel creusé en février 2005, 1 semaine d excavation 13m de long et 1036mm de diamètre Tunnel parallèle à la stratification Stratification inclinée de 45 o Couches tangentes au tunnel entre 10 et 11 heures et entre 4 et 5 heures. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
15 Expérience HG-A Données FIGURE: Evolution des pressions d eau. Source : [Marshall, 2006]. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
16 Expérience HG-A Données FIGURE: Positions des capteurs. Source : [Collin, 2012]. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
17 Expérience HG-A Données FIGURE: Déplacements totaux enregistrés aux forages HG-A5 et HG-A7. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
18 Modèles physiques 1 Contexte 2 Laboratoire du Mont-Terri 3 Modèles physiques Paramètres hydromécaniques Caractérisation 4 Modélisation BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
19 Paramètres hydromécaniques Comportement du matériau représenté par un modèle dépendant d un certain nombre de paramètres. Hydraulique : k w,sat, ρ w, µ w, χ w, CSR1 et CSR2, CKW1. Mécanique : E, ν, c, φ. Paramètres déterminés au moyen d essais de caractérisation (+ littérature scientifique) BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
20 Paramètres hydromécaniques Comportement du matériau représenté par un modèle dépendant d un certain nombre de paramètres. Hydraulique : k w,sat, ρ w, µ w, χ w, CSR1 et CSR2, CKW1. Mécanique : E, ν, c, φ. Paramètres déterminés au moyen d essais de caractérisation (+ littérature scientifique) BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
21 Paramètres hydromécaniques Comportement du matériau représenté par un modèle dépendant d un certain nombre de paramètres. Hydraulique : k w,sat, ρ w, µ w, χ w, CSR1 et CSR2, CKW1. Mécanique : E, ν, c, φ. Paramètres déterminés au moyen d essais de caractérisation (+ littérature scientifique) BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
22 Caractérisation Comportement anisotrope Réponse mécanique affectée par la direction de chargement. FIGURE: Directions de chargement par rapport au litage : (a) P-sample (b) S-sample (c) Z-sample. Source : [Salager, 2013]. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
23 Caractérisation Essais triaxiaux BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
24 Caractérisation Essais triaxiaux BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
25 Caractérisation Essais triaxiaux BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
26 Modélisation 1 Contexte 2 Laboratoire du Mont-Terri 3 Modèles physiques 4 Modélisation Géométrie, conditions frontières et chargement Analyse des effets des différentes anisotropies Confrontation simulation et données expérimentales Introduction d une zone endommagée Gonflement du MegaPacker BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
27 Géométrie, conditions frontières et chargement Etude en 2D : état plan de déformation Anisotropies section complète Conditions frontières : nœuds fixes en périphérie force linéique décroissante + pression d eau décroissante en paroi du tunnel BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
28 Géométrie, conditions frontières et chargement Excavation et ventilation Paroi du tunnel : Contraintes initiales = contraintes in situ 100% à 0 en une semaine (décroissance linéaire) BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
29 Géométrie, conditions frontières et chargement Excavation et ventilation Paroi du tunnel : Pression d eau initiale = 0.9MPa 0.9 à 0MPa en une semaine 0 à 23.8MPa en une semaine Succion : P = P w P v = ρ w R T M w Pour RH = 83% et T = 13 o C, P = 23.8MPa. ln (RH) BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
30 Analyse des effets des différentes anisotropies Contraintes in situ isotropes Contraintes in situ anisotropes Modèle anisotrope Modèle isotrope BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
31 Simulation versus Données expérimentales Pressions d eau BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
32 Simulation versus Données expérimentales Déplacements BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
![Introduction d une zone endommagée (EDZ) Géométrie FIGURE: Source : [Marshall, 2006].](/docs-images/70/62150402/images/33-1.jpg "FIGURE: Indicateur plastique.")
33 Introduction d une zone endommagée (EDZ) Géométrie FIGURE: Source : [Marshall, 2006]. FIGURE: Indicateur plastique. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
34 EDZ Influences FIGURE: Pressions d eau en fin d excavation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
35 EDZ Analyse paramétrique BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
36 EDZ Calibration Hauteur du pic Arrivée du pic Trainée de la courbe a E k in k out TABLE: Influence des paramètres sur la courbe des pressions d eau. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
37 EDZ Calibration BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
![EDZ Calibration FIGURE: Source : [XU et al, 2013].](/docs-images/70/62150402/images/38-0.jpg "BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études")
38 EDZ Calibration FIGURE: Source : [XU et al, 2013]. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
39 EDZ Calibration BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
40 EDZ Calibration BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
41 Gonflement du MegaPacker BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
42 Gonflement du MegaPacker FIGURE: Evolution des pressions d eau A3-i3 suite au gonflement du mega-packer. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
43 Gonflement du MegaPacker FIGURE: Evolution de k r avec le degré de saturation S r. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
44 Gonflement du MegaPacker FIGURE: Evolution des pressions d eau A3-i3 suite au gonflement du mega-packer. Modification du paramètre CKW. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
45 Gonflement du MegaPacker FIGURE: Coupes des pressions interstitielles à différents temps BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
46 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
47 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
48 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
49 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
50 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
51 Conclusion Nécessité d isoler les déchets radioactifs de notre environnement. En Suisse, étude de l argile à Opalines pour un stockage en couche géologique profonde. Expériences menées au laboratoire du Mont-Terri : caractérisation du comportement de la roche + données. Besoin d un modèle pour simuler le comportement à long terme du site. Paramètres du modèle testés (et validés) via données des expériences. Exemple expérience in situ : Micro-tunnel HG-A Proposition d un set de paramètres tenant compte d une EDZ pour expliquer les pressions d eau et déplacements lors de l excavation-ventilation. BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
52 BERTRAND François (Université de Liège) Travail de fin d études Juin / 43
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