Modélisation des effets de colmatage de fissures sur le comportement hydromécanique de l'argilite

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet de stockage géologique des déchets nucléaires en site profond dans les couches de l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx). L'excavation des galeries provoque la formation d'une zone endommagée caractérisée par des fissures qui altèrent la conductivité hydraulique et les propriétés de confinement de la roche hôte. Le comportement de cette zone est influencé par les perturbations mécaniques liées à l'excavation et à l'assèchement provoqué par le système de ventilation, qui favorise la formation d'un réseau de microfissures. Le principal enjeu est d'évaluer la sûreté à long terme du site de stockage. Des expériences ont montré que l'argilite peut colmater naturellement ces fissures lors de la phase de resaturation en post-fermeture du fait notamment du gonflement et du fluage de la matrice d'argilite. L'objectif de cette thèse est de modéliser le comportement de l'argilite durant cette phase post-fermeture à l'échelle de la structure sous l'effet du gonflement lié à l'hydratation et du fluage. Le réseau de microfissures formé durant la phase opérationnelle persiste et demeure présent au début de la phase post-fermeture Le comportement non linéaire différé du matériau fissuré est étudié dans ce cadre. La représentation du réseau de microfissures est abordée par une approche de type ‘milieu homogène effectif' en utilisant des volumes élémentaires représentatifs (VER). Des méthodes numériques multi-échelles ont été explorées pour modéliser le matériau à l'échelle macroscopique, en intégrant le comportement déterminé à l'échelle inférieure. Un modèle de gonflement a été élaboré pour caractériser la dilatation de la matrice d'argilite sous l'effet de l'évolution de l'humidité relative, et le modèle de Richards a été utilisé pour simuler le transport d'eau dans le milieu non saturé. L'utilisation de la méthode des éléments finis carrés (FE2) a posé des défis en raison des temps de calculs prohibitifs. Pour surmonter ce problème, une méthode de simulation multi-échelle s'inspirant de la méthode FE2 a été développée et mise en œuvre. Cette méthode se base sur une décomposition de la structure en zones macroscopiques présentant des propriétés mécaniques similaires, chaque zone étant associée à un VER. Le VER est défini par une matrice solide et des fissures caractérisées par un paramètre de densité de fissures. Le comportement associé à la matrice d'argilite est non linéaire afin de prendre en compte les effets différés. Cependant, cette méthode reste coûteuse en temps de calcul à cause de la représentation complexe du matériau à l'échelle des VER. Une deuxième approche, basée sur des méthodes d'homogénéisation analytiques classiques, a été développée pour traiter le problème avec un temps de calcul réduit, en considérant un comportement viscoélastique linéaire. L'approche multi-échelle numérique permet d'analyser l'évolution de la fissuration à l'échelle des VER et d'évaluer le colmatage des fissures dans cette zone. L'approche analytique est utilisée pour examiner plusieurs études de cas sur le comportement mécanique de l'argilite in-situ dans un contexte simplifié. Les résultats présentés en utilisant les deux approches apportent des réponses pour modéliser le comportement macroscopique de la zone endommagée dans la phase post fermeture, intégrant les mécanismes de gonflement et du fluage affectant l'auto-colmatage des fissures dans l'argilite du COx.