Partenaires

Université Paris-Est
Ecole des Ponts ParisTech
IFSTTAR
CNRS


Rechercher


Accueil du site > Equipes de recherche > Géotechnique > Géomécanique et énergie

Géomécanique et énergie

L’axe de recherche Géomécanique et énergie concerne les applications suivantes : Stockage géologique des déchets radioactifs, stockage géologique du CO2, Géomécanique pétrolière, Géotechnique marine.

Stockage géologique des déchets radioactifs

(Y.J. Cui, P. Delage, S. Ghabezloo, J.M. Pereira, A. Pouya, J. Sulem, A.M. Tang)

Ces recherches se développent avec l’ANDRA, l’IRSN, le CEA, l’ONDRAF/EURIDICE (Belgique) et NAGRA (Suisse) dans le cadre de différents projets (projet européen TIMODAZ (2006-2010) et la participation au Groupement de laboratoires Géomécanique 2007-2010 et 2011-2014 de l’ANDRA). Elles portent sur le comportement des barrières ouvragées et des barrières géologiques (argiles et argilites) avec une attention particulière portée au rôle des couplages thermo-hydro-mécaniques (THM) et de l’endommagement sur leur pérennité et leur étanchéité à long terme.

Le projet européen TIMODAZ (2006-2010) a porté sur l’impact de la température sur le comportement et l’endommagement des argilites (thèse de M. Monfared 2011, prix de thèse européen ALERT Geomaterials 2011). C’est dans ce cadre qu’a été développé un nouveau dispositif triaxial à cylindre creux adapté à l’étude du comportement THM des matériaux de très faible perméabilité. Les études expérimentales ont confirmé la capacité d’autocolmatage des fissures des matériaux argileux et la possibilité de réactivation de plans de faiblesse mécanique par pressurisation thermique du fluide interstitiel. On a mis aussi en évidence pour la première fois la contraction d’une argilite lors d’une élévation de température (comme dans le cas des argiles normalement consolidées) ainsi qu’un phénomène d’écrouissage thermique. Le même dispositif est utilisé pour l’étude de l’argilite du Callovo-Oxfordien (COx) du laboratoire souterrain de l’Andra à Bure, (thèse de M. Mohajerani, 2011 et thèse de H. Menaceur démarrée en 2011).

En collaboration avec l’agence de gestion de déchets nucléaires belge (ONDRAF/EURIDICE), on a étudié le comportement différé de l’argile de Boom (thèse de Le, 2008), l’effet de la salinité sur le comportement hydro-mécanique des argiles de différentes formations de site potentiels de stockage (post-doc de Deng 2009, thèse de X.P. Nguyen soutenue en 2013). Une modélisation élastoplastique du comportement thermo-mécanique des argiles raides a été réalisée (Thèse de Hong soutenue en 2013). Toujours en collaboration avec l’ONDRAF/EURIDICE, le comportement anisotrope de l’argile de Boom est étudié dans la thèse de Dao (démarrée en 2011) et le comportement en température de l’interface argile de Boom/bentonite compactée fait l’objet du stage post-doctoral de Chen (2012). Afin d’évaluer la possibilité d’utiliser l’argilite broyée comme matériau de scellement pour le stockage de déchets nucléaire sur le site de Bure, une étude a été réalisée, en collaboration avec l’ANDRA, sur le mélange argilite broyée/bentonite MX80 ensuite (thèse de Wang, 2012). Les résultats obtenus ont montré le rôle dominant de la bentonite sur la pression de gonflement du mélange et les interactions physico-chimiques entre différents matériaux et fluides.

En collaboration avec IRSN, une étude du comportement hydro-mécanique d’un mélange bentonite/sable est menée dans le cadre de la thèse de Wang (soutenue en 2012). Cette étude a été ensuite élargie au comportement à long terme à travers l’identification de l’évolution de la microstructure des sols de différents états initiaux (thèse de Saba S. démarrée en 2010). La modélisation thermo-hydro-mécanique du couplage endommagement-plasticité dans les milieux poreux multiphasiques pour l’application au stockage de déchets nucléaires est développée dans les thèses de C. Arson (2009, prix de thèse ALERT Geomaterials) et de S. Le Pense (démarrée en 2010). L’étude du comportement hydromécanique de la zone endommagée autour de l’excavation (EDZ) est également menée à travers le développement de modèles continus équivalents par des méthodes et techniques d’homogénéisation analytiques et numériques. La question de la perméabilité équivalente des milieux poreux fissurés et non saturés a été également abordée avec l’obtention de solutions analytiques et numériques.

Stockage géologique du CO2

(S. Ghabezloo, J.M. Pereira, A. Pouya, J. Sulem, en collaboration avec T. Fen-Chong de l’équipe Poreux et M. Vandamme de l’équipe Multi-échelles)

Les recherches sur le stockage géologique du CO2 sont menées dans le cadre de projets ANR et ADEME, de la chaire CTSC et de collaborations avec Total, le BRGM et l’ENTPE. Au sein du Laboratoire Navier, des collaborations sont menées avec les équipes Milieux Poreux et Multi-échelles. Les travaux concernent la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement THCM couplé de l’interface entre les matériaux du site de stockage (ciment, roche réservoir, roche de couverture) (Thèse V. Vallin démarrée en 2010), l’étude de l’effet de l’assèchement induit par l’injection de CO2 dans la roche réservoir sur ses propriétés hydro-mécaniques (Thèse de F. Osselin démarrée en 2010), la modélisation de la perméabilité équivalente des milieux poreux fissurés (thèse de M.N. Vu soutenue en 2012), l’évolution des propriétés de fracturation des roches en contact avec le CO2 (thèse de G. Suhett-Helmer démarrée en 2011), le comportement hydromécanique des failles et la sismicité induite lors de l’injection de CO2 (projet ANR FISIC, 2012-2016) (thèse de V.L. Nguyen), l’injectivité du CO2 dans les veines de charbon (post-doc de N. Espinoza).

Un dispositif expérimental de percolation simultanée de CO2 supercritique et de saumure dans des roches sous conditions de contrainte et de température réalistes a été développé afin d’étudier l’effet du colmatage du réseau poreux et/ou de l’endommagement de la matrice solide dû à la cristallisation des sels initialement dissous dans la saumure saturant le réservoir. Un cadre thermodynamique et poromécanique de la cristallisation de sels dans le contexte du stockage de CO2 a été développé.

Géomécanique pétrolière

(J. Canou, P. Delage, J.C. Dupla, S. Ghabezloo, J. Sulem)

Les recherches sur la géomécanique pétrolière se développent en partenariat avec TOTAL, l’IFPEN, l’IFSTTAR, l’Université de Lille sur différents problèmes tels que le comportement des ciments pétroliers en fond de puits, l’exploitation des sables bitumineux par injection de vapeur (SAGD : Steam Assisted Gravity Drainage), la réinjection d’eau de production, l’évolution de la perméabilité dans les réservoirs de sables pétrolifères.

Les recherches sur l’intégrité de la gaine de ciment des puits pétroliers soumis à des sollicitations mécaniques et thermiques couplées, lors de l’exploitation du pétrole et lors du stockage de CO2 dans les réservoirs pétroliers abandonnés sont menées depuis 2005, notamment en collaboration avec la société Total, dans le cadre de trois thèses de doctorat consécutives, (S. Ghabezloo, 2008, prix de thèse de l’ENPC et prix de thèse de l’Université Paris-Est, thèse CIFRE de M.H. Vu, 2011 et thèse CIFRE de N. Agofack démarrée en 2010). L’étude du comportement des ciments pétroliers dans les conditions de puits (forte pression et haute température) est réalisée en combinant essais en laboratoire, caractérisation et observation de la microstructure, techniques d’homogénéisation, ainsi que modélisation et analyse théorique et numérique. Cette recherche a porté sur le comportement de la pâte de ciment durcie et sur la pâte de ciment en cours d’hydratation sous sollicitations thermo-hydro-mécaniques.

Une thèse sur la récupération assistée par injection de vapeur (SAGD : Steam Assisted Gravity Drainage) dans les sables bitumineux d’Athabasca (Canada) en collaboration avec l’IFPEN (D. H. Doan, soutenue en 2011) a porté sur une investigation détaillée des dommages typiques de l’extraction de ces sables par exsolution des gaz.

Des phénomènes d’endommagement et de colmatage de la structure granulaire des réservoirs pétroliers sont observés lors de la ré-injection d’eau de production. Toujours en coopération avec Total, une recherche théorique et expérimentale est menée sur le transport et la déposition de particules solides dans un milieu poreux soumis à un écoulement (thèse de S. Feia démarrée en 2011)

Géomécanique marine

(P. Delage, J.M. Pereira)

Cette recherche porte sur l’évaluation des risques géotechniques liés à la présence de gaz dans les sédiments marins (projets CITEPH, consortium industriel CLAROM, post-docs de S.S. Torisu 2009-2010 et D. Manzanal, 2011-2012). Elle vise à caractériser le comportement de sédiments marins de grande profondeur dans le but d’optimiser le calcul de fondations offshore ou de stabilités de pentes sous-marines. Un modèle empirique de comportement tenant compte de la déstructuration et des effets du temps a été développé en collaboration avec l’Université de Hong Kong (Béatrice Baudet). Dans un second temps, ce modèle a été implanté dans un code de calcul aux éléments finis tenant compte de la présence de gaz dissous ou en phase libre.