DE STOCKAGE DE DECHETS : APPROCHE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE

Une attention particulière a été portée à la pâte à modeler qui peut être soumise à la fois à une tension et à une compression. Une détérioration du revêtement imperméable remettrait évidemment en cause la fonction de l’ouvrage. Les paramètres macroscopiques de l'argile sont interprétés en fonction de la teneur en eau du matériau.

Expérimentation

Introduction et problématique

• Généralités sur les centres de stockage de déchets
• Centre de stockage de déchets classe I : déchets dangereux
• Centre de stockage de déchets de classe II : déchets non dangereux (ménagers
• Centre de stockage de déchets de classe III : déchets inertes
• Les déchets radioactifs
• Définition
• Classification des déchets radioactifs
• Gestion des déchets radioactifs
• Barrière de fond
• La couverture
• Couche d’argile
• Présentation des installations principales de stockage en France
• Problèmes rencontrés par la couverture
• Conclusion

La classification des centres de stockage de déchets se fait donc selon la nature des déchets [Saadi, 2003]. La couverture du stockage des déchets TFA sera réalisée en deux parties principales, faisant référence à l'expérience du centre de la Manche. Couche d'argile compactée d'une épaisseur minimale d'un mètre, au-dessus de la couche d'altérites.

Etudes des sols fins

• Introduction
• Etudes des caractéristiques physiques des argiles
• Structure
• Paramètres de nature
• Paramètres d’état
• Mise en œuvre des sols fins
• Etudes des caractéristiques mécaniques des argiles
• Comportement mécanique
• Comportement hydraulique
• Le rôle de la teneur en eau
• Conclusion

Il faut donc s'interroger sur les propriétés de l'argile compactée par rapport à sa teneur en eau. Dans les années 1930, Proctor a démontré l'influence de la teneur en eau en fonction de l'énergie de compactage sur la densité γd. Venstermans et al., 2001] ont montré qu'il existe une relation entre l'IPI et la densité sèche en fonction de la teneur en eau de l'argile.

Résultats expérimentaux

• Introduction
• Caractéristiques physiques du sol testé
• La minéralogie
• La classification
• Etude du compactage
• Préparation des éprouvettes
• Etude du compactage
• Caractéristiques mécaniques
• Essai de compression simple
• Essai triaxial
• Essai de traction
• Courbes enveloppes en contraintes totales
• Conclusion

La granulométrie de l'argile aptienne a été déterminée par analyse granulométrique (ensemencement) et sédimentométrique (NF P). Les conditions hydriques pour la mise en œuvre de l'argile sur le site sont préconisées à une teneur en eau élevée avec une valeur de w comprise entre wopn + 2 % et wopn + 4 % Sivrikaya [Sivrikaya, 2008] propose une relation linéaire entre le poids unitaire sec optimal en fonction de la teneur en eau optimale sous la forme de l'équation (3-2).

La compacité et la teneur en eau de l'argile influencent fortement les propriétés mécaniques. Une synthèse d'essais a été réalisée pour comprendre l'effet de la teneur en eau sur le comportement mécanique des argiles simples à compression. La figure 3-15 présente l'évolution de l'indice de fragilité de l'argile étudiée en fonction de la teneur en eau.

Une évolution de IB a été supposée en fonction de la teneur en eau du côté sec (Figure 3-16), de sorte que le comportement de l'argile devient plus fragile lorsque le matériau est plus sec (IB tend vers 1). La figure 3-19 montre un exemple de résultats d'essais triaxiaux réalisés sur de l'argile aptienne pour une teneur en eau moyenne, prise du côté sec de la courbe de Proctor, soit 13.4. Dans le cadre de ces travaux, nous avons réalisé des essais de traction directe sur l'argile aptienne à une teneur en eau proche de la saturation.

Les relations (3-7) et (3-19) permettent de tracer une courbe d'évolution de K en fonction de la teneur en eau de l'argile. Avec ces informations, nous pouvons tracer la courbe de l’enveloppe de l’argile limitée à la tension directe et à la simple compression dans le moule. Nous avons mis en évidence l'évolution de ces paramètres en fonction de la teneur en eau et de l'énergie de compactage pour construire les lois d'évolution.

Effet d’un renforcement sur une argile en CSD

• Introduction
• Références bibliographiques
• Programme experimental
• Matériaux choisis
• Résultats expérimentaux
• Analyse pic et post-pic
• Conclusion et remarques

Elle varie en fonction de la longueur et de la nature des fibres utilisées [Al-Wahab et Al-Qurna, 1995]. Dans le composite, le pourcentage volumique de fibres peut être calculé comme suit. La géométrie des fibres peut être caractérisée par un rapport d'aspect exprimé comme suit.

Pour les argiles naturelles, il a été démontré que la cohésion apparente diminue avec l’augmentation de la teneur en eau. Avec les mêmes paramètres et pour un pourcentage de 3‰, une diminution de 20 % de la contrainte maximale produit une augmentation de 30 % de la contrainte maximale. La résistance maximale du composite augmente avec le confinement et dépend de la nature des fibres.

Cet indice permettra de mettre en évidence l'intérêt du renforcement en fonction du dosage et de la nature des fibres. Pour le même rapport d'aspect (η = 300), l'influence de la nature des fibres est mise en évidence sur la Figure 4-10. Dans tous les cas, dans la gamme de teneurs en eau étudiée, l’argile renforcée produit un comportement plus fragile.

Ce renforcement permet d'augmenter la capacité portante de la couverture argileuse, même avec une teneur en eau élevée.

Expérience de soulèvement in situ

• Introduction
• Expérimentation en vraie grandeur sur site
• Description des essais
• Analyse des résultats des planches d’essai
• Conclusion sur les essais en vraie grandeur sur site

Le test de soulèvement permet d'observer l'initiation et la propagation de fissures dans la couche d'argile au niveau de la fibre la plus sollicitée. La surface supérieure de la couche d'argile est ensuite « grattée » d'une dizaine de centimètres pour obtenir l'épaisseur souhaitée. Des tranchées réalisées autour de la plaque d'essai permettent d'analyser le mouvement du couvercle dans la direction Z.

Ils sont verticaux et placés approximativement au niveau des charnières de la tôle d'acier. Une séparation (1C) entre la couche d'argile et la couche de sable est mise en évidence de chaque côté de la plaque. Une fissure (2D) se développe également au fond de la couche d'argile au niveau des charnières terminales de la plaque.

Les images ont été prises lors du test à chaque pas de 10 mm de pas de plaque. A titre d'exemple, nous donnons sur la figure 5-14 le champ de cisaillement vertical (dans la direction Z) de la fibre supérieure de la plaque d'essai T3. La fissure sur la couche supérieure d'argile se manifeste lorsque la plaque se déplace entre 20 mm et 30 mm.

En particulier, lors du test de soulèvement, la fibre supérieure de la couche d'argile n'est pas limitée.

Modélisation numérique

Modélisation numérique par la méthode des éléments discrets

• Introduction
• Méthode des éléments discrets
• Loi de mouvement
• Loi de contact des particules
• Procédures numériques spécifiques à la MED
• Introduction
• Mise en place des particules
• Simulation d’un essai de compression simple
• Simulation d’un essai biaxial
• Simulation d’un essai de traction directe
• Obtention d’un critère de rupture
• Conclusion

Afin d’obtenir des propriétés mécaniques fiables et reproductibles d’un échantillon à l’autre, il est important d’utiliser une technique de production d’échantillons garantissant l’isotropie et l’homogénéité du matériau. Après mise en œuvre, l'état d'homogénéité de l'échantillon est observé via l'isotropie de la distribution des contacts. La courbe de comportement mécanique de l'échantillon est donnée sous la forme de la contrainte axiale (σ1) en fonction de la déformation axiale (ε1).

On peut également observer le mode de fracture du matériau, ainsi que l'état de fissuration de l'échantillon après la fracture (les fractures par force de traction ou cisaillement des contacts des particules se distinguent par des couleurs différentes). On opte pour un écrasement de l'échantillon à vitesse constante tout en maîtrisant la contrainte latérale. La position relative des parois verticales permet le calcul de la variation moyenne du volume de l'échantillon.

Cette dernière démarre différemment d'un échantillon à l'autre après la discrétisation de l'échantillon, d'où une plus grande influence du nombre de particules utilisées. Les parties renforcées supérieure et inférieure de l'échantillon sont divisées en deux zones (Figure 6-8). Une faible vitesse de déplacement est donc nécessaire pour que la déchirure de l'éprouvette se produise dans la zone non renforcée.

On remarque sur la figure 6-10 que la fracture de l'éprouvette est très localisée et qu'elle se produit au niveau de l'éprouvette non renforcée (éprouvette de sol).

Calibration sur matériaux pulvérulents et cohésifs

• Introduction
• Paramétrage du comportement d’un milieu pulvérulent
• Influence de l’angle de frottement microscopique sur le comportement
• Influence de l’agencement initial des particules sur le comportement
• Détermination des paramètres du matériau granulaire pulvérulent de
• Paramétrage du comportement d’un matériau cohérent
• Introduction
• Influence des paramètres d’adhésion sur le comportement macroscopique
• Adaptation des lois de contact
• Détermination des paramètres du matériau cohésif de l’expérimentation en

Influence de l'angle de frottement microscopique sur le comportement macroscopique du matériau. Comportement macroscopique du matériau. Influence de l'arrangement initial des particules sur le comportement macroscopique du matériau. Comportement macroscopique du matériau. Pour déterminer l'influence de l'arrangement initial des particules sur le comportement macroscopique du matériau modèle, de nouvelles simulations numériques ont été réalisées en tenant compte des assemblages de disques précédemment étudiés.

Une porosité de 0,2, proche de la porosité maximale, a été utilisée pour reproduire le comportement du sable meuble. Plusieurs séries de simulations numériques d'essais de traction directe et de compression simple (paramètres micromécaniques définis dans le tableau 7-3) ont été réalisées pour différentes valeurs de couples an et as. La rupture de l'échantillon se produit donc par cisaillement indépendamment de la valeur de an.

On rappelle que, dans ce cas, les ruptures des contacts de l'échantillon sont essentiellement provoquées par cisaillement. Les résultats de toutes les simulations réalisées (biaxiale, traction et compression) sont résumés dans la Figure 7-22 sous forme de cercles de Mohr. En revanche, l'impact des différentes lois de contact sur le comportement lors de la compression de l'échantillon est plus cohérent du fait d'une augmentation de la valeur seuil en cisaillement.

Détermination des paramètres du matériau cohésif pour l'ensemble de l'expérience.

Application de la modélisation numérique aux essais en vraie grandeur

• Introduction
• Description de l’essai numérique
• Résultats
• Discussion et comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux 151
• Modes de propagation de la fissuration
• Effort de soulèvement
• Conclusion

Nombre de particules dans la couche de sable Ns Tableau 8-2 : Caractéristiques des couches de matériaux dans les simulations. À des fins de comparaison, les résultats de profondeur de fissure ont été normalisés à l’épaisseur respective de la couche d’argile (hci) en utilisant le rapport fi/hci. Pour la planche mince T1 (hc = 0,6 m), on constate que numériquement il y a deux fissures qui apparaissent dans la fibre supérieure de la couche d'argile comme c'est le cas pour les résultats expérimentaux.

Ceci est lié au fait que la couche de sable plus épaisse accepte des déformations plus importantes et s'adapte plus facilement à la déformation de la couche d'argile. A partir d'une certaine déformation, une fissure latérale apparaît et progresse en fonction de l'élévation de la couche argileuse. Numériquement, il est montré que la résistance au soulèvement augmente avec l’épaisseur de la couche d’argile, ce qui n’a pas pu être observé expérimentalement.

Des essais triaxiaux ont été réalisés sur de l'argile compactée proche de la saturation et dans des conditions non drainées. Les résultats montrent que la couche d'argile peut être endommagée dans des conditions proches de la réalité. Les mécanismes de propagation des fissures en fonction de l'épaisseur de la couche d'argile sont par exemple correctement reproduits : fissures superficielles, fissures latérales et séparation entre les couches de sable et d'argile.

Thermodynamique de la déshydratation et du compactage des smectites, thèse de doctorat de l'Université de Strasbourg, Strasbourg, France.