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Le stockage en couche géologique profonde est un mode de gestion des déchets radioactifs envisagé dans plusieurs pays pour les déchets de haute et moyenne activité à vie longue. Il consiste à conditionner ces déchets puis à les placer dans une formation géologique stable en interposant des barrières naturelles et artificielles entre les déchets et l'environnement. Pour ce type de stockage, il est important de pouvoir assurer l’efficacité de l’ouvrage à long terme malgré les conditions particulières dans lesquelles sont placés les sols. En effet, les déchets radioactifs génèrent une augmentation de la température susceptible de modifier les propriétés, notamment hydriques, des sols.

Pour ce qui concerne le projet français (CiGéo), le matériau encaissant, l’argilite du Callovo-Oxfordien (COX), est riche en argile, son utilisation est envisagée pour remblayer les puits et les galeries du futur stockage. Afin d’atteindre les pressions de gonflement nécessaires pour garantir la stabilité de l’ouvrage et une faible conductivité hydraulique (inférieure à 10-11 m.s-1, Gatabin et al, 2016), les déblais broyés et tamisés pourraient être mélangés avec de la bentonite (MX80) (Middelhoff 2020). Cependant les propriétés visées ne seront atteintes qu’à proximité de l’état saturé ce qui suppose un temps important et des conditions environnementales favorables.

Ces matériaux de scellement seront soumis à des sollicitations thermo-hydromécaniques couplées susceptibles de perturber leurs propriétés de transfert. Leur évaluation au sein des matériaux compactés non saturés peut être appréhendée en laboratoire par la courbe de conductivité hydraulique non saturée. Cependant, les méthodes expérimentales sont longues et complexes à mettre en œuvre, particulièrement pour les matériaux gonflants. Au cours de votre projet master, inclus dans le cadre du projet ,  vous participerez au développement d’une méthode en laboratoire permettant de déterminer cette courbe en utilisant une méthode de mesure innovante et non intrusive : l’imagerie par résonance magnétique (IRM). La mise en place d’un banc d’hydratation permettra la réalisation d’essais pour différents états de compacité afin de prendre en compte l’hétérogénéité potentielle du massif. L’adaptation de la méthodologie permettra à terme de mesurer l’effet de l’application de sollicitations thermo-hydriques couplées sur les propriétés de transferts des massifs argileux compactés.

L’évaluation de la mobilité de l’eau au sein des éprouvettes soumises à des sollicitations hydriques et thermiques couplées permettra d’obtenir les résultats suivants :

- mise en œuvre de méthodes à temps d’écho très courts (UTE, ZTE). L’application de ces méthodes aux sols représenterait une nouveauté puisqu’elles restent actuellement confinées au domaine médical.

- quantification non intrusive et en continu des mouvements d’eau dans les sols non saturés au cours de l’application de sollicitations hydriques pour une teneur en argile (70% de COX et 30% de bentonite MX80) et un à deux état de compactage différents.

- détermination de la courbe de conductivité hydraulique non saturée pour chaque état et analyse des différences obtenues.

- étude prospective sur l’impact d’une variation couplée thermo-hydrique sur au moins un état de compactage.

Gatabin C, Plas F, Michau N. J. Tech. SFEN Feb 2016, Paris, France.

Hafner S. Magn Reson Imaging. 1994, 12, p1047.

Magat J, 2008. Thèse de doctorat. Structure et matériaux, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées.

Middelhoff M. Thèse de doctorat, Université de Lorraine, 2020.

Rosin-Paumier S, Leclerc S, Abdallah A, Stemmelen D. In Khalili, Russell et al. (eds) Unsaturated Soils: Research & Applications Vol.2. CRC Press, 2014, 1155-1162p.

Rosin-Paumier S, Leclerc S, Stemmelen D. 38e journées du GFHN, Poitiers, 18-21 novembre 2013.