Interactions eau–gaz–roche en zone endommagée de stockages souterrains : approche numérique pour le projet Cigéo

Contexte scientifique

La gestion sûre des déchets nucléaires en stockage profond repose en grande partie sur la stabilité et l’étanchéité des ouvrages creusés dans des formations argileuses (Europe), comme le Callovo‑Oxfordien (COx), roche hôte du projet Cigéo de l’Andra, l’un des systèmes de confinement géologique les mieux documentés au monde (Armand et al., 2013 ; 2017a ; Conil et al., 2020).

Lors du creusement de galeries, une zone endommagée (EDZ) se développe autour de ces ouvrages (Fig. 1), marquée par une fracturation induite évoluant sous l’effet de l’eau, du gaz et des contraintes thermiques et mécaniques. Malgré une littérature abondante sur les propriétés multiphysiques du COx, certains mécanismes clés restent mal compris ou peu intégrés aux modèles à l’échelle de l’ouvrage.

Les modèles couplés thermo-hydro-mécaniques (THM), majoritairement continus, reproduisent certaines observations de terrain (Manica et al., 2022 ; Alonso et al., 2024 ; Souley et al., 2024), mais peinent à décrire finement la fracturation, sa géométrie, sa dynamique et ses effets en champ proche, pourtant essentiels dans l’évaluation de la stabilité des ouvrages de stockage en exploitation et post‑fermeture. En effet, le COx est globalement continu, mais son comportement devient discontinu localement au sein de l’EDZ. Les approches discontinues (DEM, FDEM) et mixtes continu–discontinu constituent aujourd’hui une alternative pertinente aux modèles continus classiques. Elles permettent de mieux appréhender la genèse et la propagation des fractures, ainsi que de caractériser l’EDZ et son évolution sous sollicitations thermo‑hydro‑mécaniques, donc plus appropriées pour analyser et prendre en compte l’EDZ dans la conception et l’évaluation des ouvrages de fermeture ou d’expérimentations spécifiques de Cigéo (Camusso et al., 2022 ; Ouraga et al., 2025 ; Thoraval et al., 2026), mais présentent encore des verrous scientifiques importants.

Dans ce contexte, il est nécessaire de développer une approche multi-échelle et multiphysique pour mieux comprendre et prévoir l’évolution de la fracturation au sein de l’EDZ et garantir la performance et l’intégrité à long terme des ouvrages de stockage souterrain comme le centre de stockage de déchets radioactifs Cigéo.