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Joint seismic, hydrogeological and geomechanical investigations of a fracture zone in the Grimsel Rock Laboatory, Switzerland
Résumé
Dans le cadre d'un accord conclu entre le «Department of Energy» (DOE) des Etats Unis d'Amérique et la "Société coopérative nationale pour l'entreposage de déchets radioactifs (Nagra)" suisse, des expériences ont été réalisées entre 1987 et 1989 en vue d'étudier l'effet de fractures dans la roche sur le stockage final de déchets radioactifs. Une partie de ce travail de coopération a consisté à réaliser des essais de terrain et en laboratoire dans une zone contrôlée du laboratoire souterrain de la Nagra au Grimsel en Suisse. L'objectif principal de ces expériences, dans un massif de granite fracturé, était de déterminer la nature fondamentale de la propagation d'ondes sismiques dans un milieu fracturé et de tirer des relations entre les paramètres sismiques et les paramètres hydrogéologiques. L'ultime objectif de ces travaux est l'étude et la caractérisation de sites souterrains pour le stockage de déchets radioactifs. Des signaux de haute fréquence (1'000 à 10'000 Hz) ont été utilisés dans une configuration d'essais entre forages à des échelles de plusieurs dizaines de mètres. Des images tomographiques des fractures et structures géologiques d'une zone de 10 mètres par 21 mètres, délimitée par deux forages presque horizontaux et deux galeries, ont été élaborées par l'exploitation de plus de 60'000 trajets d'ondes. Une zone fracturée majeure traversait la région étudiée et constituait la cible de ces investigations. En sus de ces expériences sismiques, des essais en laboratoire sur des carottes prélevées dans cette zone ont permis l'étude des relations entre la saturation en eau et le remplissage des fractures d'une part, et la vitesse et l'amortissement sismique d'autre part. Des essais géotechniques et hydrologiques in-situ ont été réalisés afin de déterminer la rigidité mécanique et la conductivité hydraulique des fractures. Les résultats démontrent qu'il est possible d'utiliser aussi bien des ondes P que S pour cartographier les fractures naturelles et celles résultant de travaux d'excavation. Il apparaît en outre que pour des fréquences se situant aux alentours de plusieurs kilohertz, les mesures d'amortissement sont plus utiles que les mesures de vitesse. A fréquences inférieures il semble que c'est le contraire. De plus les fractures ouvertes et perméables sont bien plus visibles pour les ondes sismiques que les fractures étanches.
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