Etude expérimentale du comportement thermo-hydro-mécanique de l'argilite du Callovo-Oxfordien

Durant les differentes phases du stockage profond des dechets radio-actifs exothermiques (excavation, exploitation) jusqu'a la fermeture definitive, la roche hote sera soumise a des sollicitations mecaniques, hydriques et thermiques couplees. Afin de connaitre et de modeliser le comportement a court et long terme des dispositifs de stockage, une investigation approfondie du comportement de la roche est necessaire afin de completer les donnees existantes. C'est dans ce but que cette etude du comportement thermo-hydro-mecanique de la formation argileuse du Callovo-Oxfordien (COx) consideree par l'ANDRA comme roche hote potentielle, a ete developpee. Dans un premier temps le comportement en compression–gonflement de l'argilite du COx a ete etudie par la realisation d'un programme d'essais oedometriques haute pression. Les resultats, interpretes en termes de couplage endommagement-gonflement, ont montre que l'ampleur du gonflement etait lie a la densite de fissuration engendree lors de la compression. Dans un second temps, le comportement hydromecanique et thermo-hydro-mecanique de l'argilite saturee sous une contrainte moyenne proche de l'in-situ a ete etudie a l'aide de cellules a faible chemin de drainage (10 mm), dont une cellule isotrope et une cellule triaxiale a cylindre creux avec mesures locales d'un type nouveau. Ces appareils ont permis de resoudre deux problemes difficiles typiques des argilites de tres faible permeabilite : i) une saturation prealable correcte, attestee par de bonnes valeurs du coefficient de Skempton et ii) de bonnes conditions de drainage. Les parametres caracteristiques du comportement de l'argilite a temperature ambiante (coefficients de Skempton et de Biot, compressibilite drainee et non-drainee) ont ete determines a partir d'essais de compression isotrope qui ont egalement confirme l'isotropie transverse du materiau. La coherence des parametres obtenus a ete verifiee dans un cadre poro-elastique sature. Deux aspects du comportement thermo-hydro-mecanique de l'argilite du COx ont ete etudies a l'aide d'essais de chauffage et de compression volumique en temperature (80°C) : les effets de la temperature sur le comportement intrinseque de l'argilite et le phenomene de pressurisation thermique. Un essai de chauffage draine sous contrainte in-situ a mis en evidence, apparemment pour la premiere fois, un comportement plastique contractant de l'argilite (comme les argiles normalement consolidees), non pris en compte dans les modelisations thermo-elastiques actuelles des systemes de stockage profond. Un autre element nouveau et important observe est l'augmentation de la compressibilite avec la temperature, a la difference des argiles. L'etude de la pressurisation thermique (engendree par la faible permeabilite de l'argilite et la forte difference entre les coefficients de dilatation thermique de l'eau et de la phase solide), a ete realisee a l'aide d'essais de chauffage non draines, suite a une analyse detaillee des effets perturbateurs du systeme de mesure lors de variations de pression et de temperature (peut-etre a considerer egalement dans les mesures in-situ). Le coefficient de pressurisation thermique s'est revele etre tres sensible aux variations de temperature et de contrainte, il diminue de 0,14 a 0,1 MPa/°C entre 25 et 80°C. La nature des differentes reponses hydro-mecaniques et thermo-hydro-mecaniques obtenues au cours de ce travail permettront une interpretation et une modelisation plus precises du comportement du massif d'argilite autour des galeries, dans des zones qui sont pour la plupart saturees, sauf a proximite immediate des galeries (quelques decimetres)