Letteratura scientifica selezionata sul tema "Argilite – Callovien"

L'excavation de galeries souterraines engendre en général une zone endommagée par des fractures. Dans le cadre du stockage des déchets radioactifs en couches argileuses profondes, ce réseau de fractures désature la roche hôte et lui fait perdre ses propriétés de confinement (très faible perméabilité, bonne résistance mécanique). Cette thèse se concentre sur l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx), une formation géologique choisie en France (Bure, Meuse/Haute-Marne) pour son potentiel en tant que barrière de confinement des déchets radioactifs. En utilisant une approche expérimentale, l'impact de la propagation et de l'auto-colmatage des fissures sur la perméabilité à l'eau et au gaz de l'argilite du COx a été étudié. Des essais d'auto-colmatage ont été réalisés sur des éprouvettes cylindriques artificiellement fracturées sous tomographie aux rayons X, sous différentes orientations (parallèle et perpendiculaire au plan de litage) et températures, avec différentes teneurs en calcite, différentes largeurs d'ouverture de la fracture initiale, et avec l'injection de différents fluides tels que l'eau et le gaz. L'objectif étant de mieux comprendre l'impact de ces différents facteurs sur le processus d'auto-colmatage de l'argilite du COx (évolutions de la perméabilité et de la fermeture de la fracture). Par ailleurs, des essais de fracturation avec mesure de la perméabilité au gaz ont également été réalisés pour les deux orientations afin d'étudier l'impact de l'endommagement par microfissuration sur les propriétés hydrauliques de l'argilite du COx. Il a été observé que la composition minéralogique de l'argilite joue un rôle déterminant dans l'efficacité de l'auto-colmatage. Une teneur élevée en calcite, associée à une faible teneur en argile, a été identifiée comme un facteur limitant, compromettant ainsi la capacité de la roche à se colmater de manière efficace. Pour garantir un colmatage efficace, il est nécessaire que la concentration en calcite reste en deçà de 40%. En général, le processus d'auto-colmatage est rapide au début du test puis se stabilise après un mois. La perméabilité à l'eau des échantillons est partiellement restaurée (~10-18-10-19 m²) par rapport à la perméabilité initiale de l'argilite saine (c'est-à-dire sans fracture) (~10-20-10-21 m²) et la fermeture de la fracture est quasi totale. Par ailleurs, le processus d'auto-colmatage semble être tout aussi efficace pour les orientations parallèles et perpendiculaires. L'impact de la température sur le processus d'auto-colmatage n'a pas été démontré de manière évidente. En ce qui concerne l'injection simultanée de gaz inerte et d'eau, notre étude a mis en évidence un effet retardateur sur la réduction de la perméabilité à l'eau, principalement en raison de la désaturation induite par le gaz. Malgré ce retard, le processus d'auto-colmatage s'est avéré efficace, induisant une réduction significative de la perméabilité. Les essais de fracturation (essais de compression triaxiale) ont montré que la perméabilité au gaz diminue progressivement pour les deux orientations avec l'augmentation de la contrainte déviatorique, illustrant la fermeture des fissures initiales due à la compression axiale des échantillons. Pour des contraintes déviatoriques plus élevées, une augmentation significative de la perméabilité au gaz est observée près du seuil de dilatance, en particulier dans les échantillons orientés parallèlement au plan de litage. Cela suggère un lien étroit entre l'ouverture des microfissures et l'augmentation de la perméabilité
The excavation of underground galleries generally results in a zone damaged by fractures. In the context of the storage of radioactive waste in deep clay layers, this network of fractures desaturates the host rock and causes it to lose its confinement properties (very low permeability, good mechanical strength). This thesis focuses on the Callovo-Oxfordian claystone (COx), a geological formation chosen in France (Bure, Meuse/Haute-Marne) for its potential as a containment barrier for radioactive waste. Using an experimental approach, the impact of crack propagation and self-sealing on the water and gas permeability of the COx claystone was studied. Self-sealing tests were carried out on cylindrical specimens artificially fractured under X-ray tomography, under different orientations (parallel and perpendicular to the bedding plane) and temperatures, with different calcite contents, different opening widths of the initial fracture, and with the injection of different fluids such as water and gas. The objective being to better understand the impact of these different factors on the self-sealing process of the COx claystone (changes in permeability and fracture closure). Furthermore, fracturing tests with measurement of gas permeability were also carried out for the two orientations in order to study the impact of microcracking damage on the hydraulic properties of the COx claystone. It has been observed that the mineralogical composition of the claystone plays a determining role in the effectiveness of self-sealing. High calcite content, combined with low clay content, has been identified as a limiting factor, thereby compromising the rock's ability to self-seal effectively. To guarantee effective sealing, it is necessary that the calcite content remains below 40%. In general, the self-sealing process is rapid at the start of the test and then stabilizes after a month. The water permeability of the samples is partially restored (~10-18-10-19 m²) compared to the initial permeability of healthy claystone (i.e. without fracture) (~10-20- 10-21 m²) and the closure of the fracture is almost complete. Furthermore, the self-sealing process appears to be equally effective for both parallel and perpendicular orientations. The impact of temperature on the self-sealing process has not been clearly demonstrated. Regarding the simultaneous injection of inert gas and water, our study demonstrated a retarding effect on the reduction of water permeability, mainly due to gas-induced desaturation. Despite this delay, the self-sealing process proved effective, inducing a significant reduction in permeability. The fracturing tests (triaxial compression tests) showed that the gas permeability gradually decreases for both orientations with increasing deviatoric stress, illustrating the closure of the initial cracks due to the axial compression of the samples. For higher deviatoric stresses, a significant increase in gas permeability is observed near the dilatancy threshold, particularly in samples oriented parallel to the bedding plane. This suggests a close link between the opening of microcracks and the increase in permeability

Les argilites du Callovo-Oxfordien (COx) sont étudiées depuis plusieurs décennies en France dans le contexte du stockage géologique des déchets radioactifs. Un grand nombre d'essais en laboratoire et d'expériences in-situ ont été réalisés pour la caractérisation du comportement thermo-hydromécanique à court et long terme ainsi que des propriétés de diffusion de gaz de cette roche argileuse. Cependant, certains aspects nécessitent encore des études complémentaires, entre autres, les effets du chemin de chargement et de la température sur les réponses mécaniques à court et long terme. Cette thèse apporte une nouvelle contribution aux travaux précédents sur ces aspects encore ouverts. Elle est composée de trois parties.Dans la première partie, l'influence du chemin de chargement sur le comportement mécanique à court terme des argilites du COx est considérée. Sur la base de l'analyse théorique du chemin de la contrainte autour d’une cavité souterraine, deux chemins de chargement particuliers avec deux valeurs différentes de l'angle de Lode sont sélectionnés, à savoir la décompression latérale et l'extension axiale avec une contrainte moyenne constante. Une série d’essais avec différentes valeurs de la contrainte moyenne est réalisée. Des cycles de déchargement-rechargement sont inclus dans les essais. Les résultats obtenus sont analysés et l'accent est mis sur les influences du chemin de chargement (angle de Lode) sur la résistance à la rupture et le processus d'endommagement induit.La deuxième partie est consacrée à l'étude de l'effet thermique sur le comportement mécanique à court terme des argilites du COx. Dans ce but, une série d'essais en laboratoire, avec les deux chemins de chargement (extension axiale et décompression latérale) et différentes valeurs de la température, sont réalisés. Sur la base des résultats obtenus, les effets de la température sur les propriétés élastiques et la résistance à la rupture sont discutés et mis en évidence pour les deux chemins de chargement.Dans la troisième partie, nous nous intéressons à l'effet du chemin de chargement et de la température sur le comportement mécanique à long terme des argilites COx. Une série d’essais de fluage est alors réalisée avec les deux chemins de chargement et différentes valeurs de la température. Les résultats obtenus sont analysés et discutés en mettant l'accent sur les influences du chemin de chargement et de la température sur la cinétique de déformation de fluage
Callovo-Oxfordian (COx) claystone has been investigated for several decades in France in the context of geological disposal of radioactive waste. A large number of laboratory tests and in-situ experiments have been conducted for the characterization of short and long thermo-hydromechanical behavior as well as gas flow diffusion property of this clayey rock. However, some aspects still need further investigation, among others, effects of loading paths and temperature on short and long-term mechanical responses. This thesis brings a new contribution to previous works on these open aspects. It is composed of three parts.In the first part, the influence of the loading path on the short-term mechanical behavior of COx claystone is considered. Based on theoretical analysis of stress path around the underground cavity, two particular loading paths with two different values of Lode angle are selected, namely lateral decompression and axial extension under constant mean stress. A series of tests with different values of mean stress are performed. Unloading-reloading cycles are involved in the tests. The obtained results are then analyzed and the emphasis is put on the influences of loading path (Lode angle) on the failure strength and induced damage process.The second part is devoted to studying the thermal effect on the short-term mechanical behavior of COx claystone. For this purpose, a series of laboratory tests, with both loading paths (axial extension and lateral decompression) and different values of temperature are performed. Based on the obtained results, the effects of temperature on the elastic property and failure strength are discussed for the two loading paths.In the third part, we are interested in investigating the effect of loading paths and temperature on the long-term mechanical behavior of COx claystone. A series of creep tests are then performed under two loading paths and with different values of temperature. The obtained test results are analyzed and discussed by putting the emphasis on the influences of loading path and temperature on creep deformation kinetics

Afin d'étudier la faisabilité du stockage des déchets radioactifs, l'Andra, (agence nationale française pour la gestion des déchets radioactifs) nous donne l'opportunité d'étudier la formation argileuse du Jurassique devant abriter le laboratoire de Meuse/Haute-Marne, à l'Est du bassin de Paris. Ces roches, datant du Callovien et du début de l'Oxfordien, sont des marnes plus ou moins grises formées d'un mélange d'argiles, de carbonate et de silt. Les échantillons, collectés régulièrement le long de la formation du Callovo-Oxfordien à partir de plusieurs forages verticaux et obliques, ont été le sujet d'une étude de minéralogie magnétique et une étude de la fabrique minérale replacée dans le cadre géographique, elle-même reliée à une étude du réseau poreux et de son anisotropie. L'étude de minéralogie nous aide à caractériser la nature des fractions para- et ferrimagnétique à l'origine de la susceptibilité et de la rémanence magnétique, qui varient en fonction de la concentration en argile/carbonate/silt, ces silts étant composés en partie de grains de magnétite détritique. Dans les niveaux les plus argileux (illites et smectites), la fraction ferrimagnétique est aussi composée de sulfures de fer authigènes, peut-être de greigite, qui acccompagnent les pyrites framboïdes omniprésentes. Cette fraction semble correspondre à la fraction de faible coercivité qui a été utilisée pour la ré-orientation des forages verticaux par rapport au Nord magnétique. La fraction de plus forte coercivité est composée des oxydes de fer détritiques, en accord avec la faible valeur de la rémanence naturelle. Ainsi, la coexistence dans la même roche sédimentaire de sulfures de fer et d'oxydes de fer doit-être reliée à des origines distinctes, plutôt qu'à des conditions variables de sédimentation ou de diagenèse. La préservation de ces espèces est attribuée à la très faible perméabilité que le sédiment a acquis après sa compaction. .
In order to test the feasibility of nuclear waste storage, Andra, the French Agency in charge of radioactive waste management, gave us the opportunity to study preserved specimens of Jurassic clay-rich rocks from eastern Paris Basin. These rocks, deposited during the Callovian and beginning of the Oxfordian, are dark- to light-grey marls that consist mainly in a mixture of clay, calcite and silt. Core-specimens regularly collected along the Callovo-Oxfordian formation from several vertical and oblique boreholes, were subjected to a magnetic mineralogy study, and to a petrofabric study with respect to the geographical frame, itself related to a study of the pore network. The mineralogy study helps to characterize the nature of the para- and -ferrimagnetic fractions at the origin of the magnetic susceptibility and remanence which vary according to the clay/calcite/silt ratios, the latter being mostly made of detrital grains of magnetite. In the clay-rich rocks (illite and smectites), the ferrimagnetic fraction is also made of authigenic sulfides, possibly greigite, which accompany the ubiquitous framboids of pyrite. This fraction seems to equate with the soft coercive fraction which was used to re-orient the vertical borehole cores with respect to the present magnetic north. The hard fraction equates with the iron-oxides, in agreement with the random nature of the natural remanence. Hence, the coexistence in the same sediment of iron-sulfides and iron-oxides is related to distinct origins rather than to variable conditions during sedimentation or diagenesis. .

Dans le contexte de l’évaluation de la sûreté d’un stockage de déchets radioactifs en site géologique profond, les réactions de sorption sont un des principaux processus à prendre en compte pour prédire la migration des radionucléides. Ce travail est axé sur deux éléments: l´Eu(III) comme analogue des certains actinides trivalents et le Ni(II) en tant que produit d’activation. La calcite a été choisie comme solide d´étude en tant que composant des argilites du Callovo-Oxfordien. Notre étude combine des expériences de type batch avec des techniques spectroscopiques (SLRT, RBS et MEB-EDXS) pour élucider les mécanismes qui se produisent à l’interface Eu(III) / Ni(II) – calcite. Pour obtenir une meilleure compréhension des systèmes, avant de commencer les expériences de sorption, la chimie en solution de l’Eu(III) et du Ni(II) a été systématiquement étudiée. La calcite a montré une forte rétention de l'Eu(III), quelle que soit la concentration initiale, le temps de contact et la pression partielle de CO2. Ni(II) est également aisément retenu par la calcite, mais la rétention est dépendante de ces deux paramètres. Les résultats de désorption indiquent une réversibilité partielle pour Ni(II). La SLRT a montré l’influence de la concentration et du temps de contact sur l’interaction de l’Eu(III) avec la calcite. Avec l’aide de la RBS et de la MEB/EDX, elle a permis de discriminer entre différents mécanismes tels que la précipitation de surface, la formation de complexes de surface de sphère interne et l'incorporation. La RBS a démontré l'incorporation de l'Eu(III) dans la calcite jusqu’à une profondeur de 250 nm, contrairement au Ni(II) qui lui reste situé en surface
In the context of the safety assessment of an underground repository for nuclear waste, sorption reactions are one of the main processes to take into account to predict the migration of the radionuclides. This work is focused on two elements: Eu(III) as an analogue of trivalent actinides and Ni(II) as activation product. Calcite was chosen as adsorbent due to its presence in Callovian-Oxfordian argillites. Our study combines batch experiments with spectroscopic techniques (TRLFS, RBS and SEM-EDXS) to elucidate the mechanisms occurring at Eu(III)/Ni(II) calcite interface. To obtain a better understanding on the systems, before starting sorption experiments, aqueous chemistry of Eu(III) and Ni(II) was carefully investigated. Macroscopic results showed a strong retention of Eu(III) on calcite, no matter the initial concentration, contact time and CO2 partial pressure. Ni(II) was also readily sorbed by calcite, but the retention was influenced by contact time and concentration. Time-dependent sorption experiments showed a marked and slow increase of retention upon a long time range (up to 4 months).Desorption results indicated a partly reversible sorption for Ni(II). TRLFS highlighted the influence of initial concentration and contact time on the interaction of Eu(III) with calcite. With the help of RBS and SEM-EDXS, it enabled to discriminate between different mechanisms like surface precipitation, inner-sphere complexation and incorporation. RBS showed incorporation of Eu(III) into calcite up to 250 nm, contrary to Ni(II) which was located at the surface

Le comportement des argilites de l'oxfordien argileux de la haute-marne et des siltites de la serie albienne de marcoule (gard) a ete etudie experimentalement dans des conditions physico-chimiques simulant un stockage souterrain de dechets. Les diverses phases recrees sont l'interaction entre les fluides generes par l'oxydation des microsites a pyrites lors de l'entree de l'air dans les galeries et les mineraux constitutifs des sediments, l'alteration liee a une exposition aux intemperies climatiques (cycles d'humectation/dessiccation), des phases de rehydratation a 80 et 200\c simulant l'effet de la mise en place de colis radioactifs exothermiques (type c). Les differents traitements ont mis en evidence une evolution commune des caracteristiques des mineraux des sediments etudies et des solutions en contact. L'etude par diffraction des rayons x des fractions argileuses montre principalement des variations de l'espacement interfoliaire des mineraux argileux. Ces etats d'hydratation modifies sont induits par des echanges entre le sodium des argiles et le calcium en solution issu de la dissolution des carbonates et du gypse. La cristallochimie des mineraux de type i/s montre, generalement, une relativement bonne stabilite des structures cristallines et des occupations des sites octaedriques et tetraedriques. Les solutions experimentales acquierent un caractere sulfate lie a la solubilisation des parageneses d'oxydation des sediments (gypse et jarosite). La dissolution des carbonates, presents en grande quantite dans les echantillons, entraine un effet tampon important sur les solutions experimentales (ph final compris generalement entre 7,5 et 8,5). L'extrapolation des concentrations ioniques en solution pour des rapports liquide sur roche faibles et typiques du milieu geologique conduit a des fluides domines par so 4 2 -, k +, ca 2 + et mg 2 +, ces caracteristiques etant significativement differentes de celles supposees pour les fluides des formations encaissantes.