Determination of the in-situ fracture properties of Callovo-Oxfordian rocks : application to the prediction of fracture networks geometry around tunnels

Détermination des propriétés de fracture in-situ de l'argilite Callovo-Oxfordien : application à la prédiction de la géométrie des réseaux de fractures autour des tunnels L’utilisation de l’énergie nucléaire nécessite des solutions sûres pour le stockage des déchets radioactifs. Une solution proposée pour les déchets radioactifs de haute activité est le stockage dans des formations géologiques profondes à faible perméabilité, telles que des argilites. En France, la faisabilité et la sureté à long terme de cette solution est étudiée dans l’URL (Underground Research Lab - Laboratoire de Recherche Souterrain) de Bure par l’Andra, l’agence nationale de gestion des déchets radioactifs. Motivé par ce défi, nous étudions ici les propriétés de rupture de l’argillite Callovo-Oxfordian (COx) présent sur le site de Bure. La propagation des fissures est le principal mécanisme de rupture des matériaux sous traction. Cependant, dans les matériaux anisotropes comme les argilites, le comportement des fissures lors de leur phase d’initiation, puis de leur propagation reste mal compris. Par conséquent, ces travaux visent également à améliorer notre compréhension des mécanismes élémentaires de rupture dans les matériaux anisotropes, à travers l’exemple de l’argilite COx. Dans ce contexte, nous avons effectué une caractérisation systématique des propriétés de rupture de l’argilite COx par test mécanique tant pendant la phase de propagation de la fissure (via la mesure de la ténacité dans différentes directions du matériau, et pour différents niveaux de teneur en eau), ainsi que dans la phase d’initiation (par la mesure de sa contrainte cohésif dans différentes directions également). Nous avons ensuite montré que nous pouvions mesurer ces propriétés de rupture à partir d’une analyse statistique des surfaces de rupture obtenues.Nous avons ensuite appliqué cette nouvelle méthode de caractérisation des matériaux aux fissures générées lors de l’excavation des galeries souterraines et extraites dans l’URL à 490 m de profondeur. Ceci nous a permis de mesurer les propriétés de rupture de l’argilite COx dans des conditions in situ. Enfin, la caractérisation fine des propriétés anisotropes de rupture de l’argilite (COx) nous a permis de calibrer un modèle visant à expliquer la présence de fissures autour des ouvrages souterrains. En particulier, notre modèle rend compte de façon qualitative la forme et la taille de la zone endommagée observée autour des ouvrages, en s’appuyant sur un mécanisme original de fissuration sous chargement compressif. Pour conclure, nous pensons que ces résultats pourront contribuer à la conceptions d’ouvrages souterrains plus sûrs.