Contexte

Le concept de stockage des déchets nucléaires en site profond prévoit le creusement de galeries dans les couches géologiques constituées d'argilite. Or, le creusement de ces galeries génère une fissuration macroscopique de la roche hôte dans leur voisinage, du fait principalement du déconfinement. Il est alors primordial de définir et caractériser de façon précise les propriétés mécaniques et de transport de l'argilite fissurée, ainsi que de leurs évolutions en fonction du gonflement progressif de l'argilite dû à la resaturation en phase post-fermeture.

Objectifs

On propose de mettre en place une approche numérique 3D pour étudier la réponse macroscopique hydromécanique de matériaux composés d'une matrice élastique et d'inclusions parallèles de forme aplatie représentant respectivement l'argilite et les fissures. Les échantillons numériques seront générés via l'outil Combs développé dans le code de CAO Salome, et seront constitués d'inclusions aplaties cylindriques à base circulaire ou polyédrale, de tailles diverses, et distribuées dans une matrice. Les simulations numériques seront réalisées avec le code de calcul par éléments finis Cast3M. Une formulation de type milieux poreux sera utilisée, et l'objectif sera de déterminer les propriétés poroélastiques et de transport du matériau considéré saturé. Les résultats seront comparés aux estimations analytiques obtenues par application de méthodes de changement d'échelle classiques. Par ailleurs, une méthodologie alternative basée sur l'utilisation d'éléments d'interface associée à une formulation de milieux poreux sera mise en place et les résultats seront comparés aux précédents, y compris en coûts de calcul. L'effet d'un chargement mécanique externe, d'une pression et d'un gonflement libre de la matrice sur l'ouverture des fissures sera évalué. En fonction de l'avancement du travail, une analyse en conditions insaturées, plus proche de la réalité, pourra être envisagée ; on pourra également s'intéresser à une orientation aléatoire des fissures.

Travail demandé
L'étudiant aura pour tâches :
• de générer les microstructures à l'aide de l'outil Combs et de créer les maillages correspondants. Pour ce faire, différentes formes de fissures planes (i.e. cylindrique, polyédrale etc.) seront réalisées ;
• d'effectuer les simulations numériques permettant d'étudier l'influence de la forme et de l'orientation des fissures sur les propriétés macroscopiques poromécaniques et de transport. On évaluera l'influence des conditions aux limites sur les résultats numériques ;
• d'analyser l'effet d'un chargement mécanique et de pression d'eau sur les ouvertures des fissures ;
• d'effectuer une comparaison des résultats numériques avec les estimations analytiques obtenues par application de schémas d'homogénéisation classiques.

Une thèse est prévue à la suite de ce sujet dans le cadre d'une collaboration entre le CEA, EDF et l'ANDRA sur l'étude des effets de colmatage dans les argilites.