Propriétés d’une interface de confinement et son influence sur le flambement d’une structure tubulaire souterraine

Contexte

L’exigence de récupérabilité des colis de stockage de déchets radioactifs de haute activité (HA) dans le projet Cigéo, impose de garantir la stabilité mécanique des alvéoles HA pendant environ un siècle. Le chemisage (tube en acier) qui équipe ces ouvrages doit ainsi résister au flambement sous contact pendant cette durée, au cours de laquelle il va être soumis à un chargement mécanique croissant appliqué par le milieu confinant et à une dégradation progressive par corrosion. Si les travaux menés sur le sujet ont clairement mis en évidence l’apport du confinement sur la pression maximale supportée par le tube confiné, par rapport au cas d’un flambement libre, le rôle de la présence d’une interface en matériau cimentaire entre le chemisage et la roche hôte, et plus particulièrement le rôle de sa rigidité, sur la tenue au flambement et le comportement post-flambement, reste à préciser et constitue une question ouverte dans la communauté scientifique du domaine.

Objectif

L’objectif des travaux de thèse sera de caractériser les conditions d’apparition du flambement de tubes en acier, sous pression externe et confinés par un milieu bi-matériau. Des essais préliminaires ont en effet montré une instabilité dans le comportement dépendant de l’épaisseur de l’interface pour la gamme de rigidité du matériau cimentaire envisagée pour Cigéo. Pour certaines conditions (rigidité du matériau cimentaire, épaisseur de l’interface), le flambement ne semble plus captable, ni expérimentalement, ni numériquement, par le seul suivi de la pression externe appliquée au milieu confinant (apparition d’un pic), comme c’est le cas habituellement. Ce comportement conduit à s’interroger sur le rôle de l’interface dans la reprise des efforts appliqués par le milieu confinant et transmis au chemisage.

Sur la base d’une approche alliant essais sur maquettes à échelle réduite et modélisation numérique, les travaux de thèse devront permettre de préciser les points suivants :

• Simulation de l’instabilité structurale de tubes métalliques confinés, sous pression externe.

• Préciser les critères d’instabilité structurale qui pourraient conduire au flambement.

• Identifier la sensibilité du comportement au flambement aux différents paramètres de l’interface, notamment sa rigidité et son épaisseur (en valeur moyenne et hétérogénéité).

• Identifier les marges de dimensionnement tout en maintenant un niveau élevé de fiabilité du chemisage des alvéoles HA.

Direction de la thèse et Encadrement

Dr. Mohamad Jrad et Prof. Mahdia Hattab Laboratoire d'Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3) CNRS UMR 7239 Université de Lorraine, Campus du Technopole France

Prof. Spyros Karamanos Department of Mechanical Engineering University of Thessaly Greece

Le LEM3 est un laboratoire de recherche académique dont les missions sont triples : piloter des projets de recherche en mécanique et matériaux, valoriser les résultats de cette recherche et contribuer à la formation universitaire et la formation continue par et pour la recherche.

Une unité mixte de recherche de 250 personnes

Le LEM3 est une unité mixte de recherche (UMR) rattachée à l’Université de Lorraine, au CNRS et aux Arts et Métiers. Il fait partie du pôle scientifique Matière, Matériaux, Métallurgie, Mécanique (M4) de l’Université de Lorraine.
Au CNRS, son institut de rattachement principal est le CNRS Ingénierie et son institut de rattachement secondaire est le CNRS Chimie. Enfin, il est rattaché à l’Institut Carnot ARTS porté par les Arts et Métiers.

Le LEM3 regroupe environ 250 personnes dont 150 personnels permanents (11 chercheurs, 105 enseignants-chercheurs, 45 personnels administratifs et techniques) et plus de 80 doctorants et post-doctorants.

Cursus : Master M2 /École d’Ingénieur de Génie civil, ou Master M2/École d’Ingénieur de Mécanique avec une spécialisation en Mécanique des Structures et/ou Mécanique des Solides.

Compétences et acquis : Mécanique des milieux continus ; Ouvrages Géotechniques/Mécanique des Structures ; Lois de Comportement Mécanique, Modélisation par éléments finis.

Une double compétence en expérimental et numérique est appréciée ; prise d’initiative et mobilité sont deux qualités également appréciées pour cette thèse.