Modélisation du comportement hydromécanique-gaz des roches argileuses

Contexte :

Dans le cadre de l’exploitation et de l’utilisation des espaces souterrains (ex. : transports, stockage profond, etc.), le comportement des roches à proximité de galeries/tunnels conditionne leur stabilité et utilisation, pendant les phases de construction et d’exploitation. Si l'intégrité structurelle des creusements n'est pas maintenue, des difficultés opérationnelles ou une perte de stabilité de l’ouvrage peuvent survenir. Dans le cadre du centre de stockage Cigéo, des solutions de stockage à grande profondeur et à long terme de déchets sont envisagées, nécessitant une bonne connaissance des ouvrages souterrains et du comportement multi-physique du milieu rocheux avoisinant, sur le long terme. L’Andra dispose d’un socle de connaissances important sur la modélisation et la caractérisation du comportement de l’argilite du Callovo-Oxfordien, roche hôte du centre de stockage Cigéo, sous sollicitation hydrique et injection au gaz à différentes échelles. Ces connaissances ont été établies à partir des essais sur échantillons de roche prélevés dans le Laboratoire de recherche souterrain de Meuse/Haute-Marne et des expérimentations réalisées in situ, ainsi que des travaux de modélisation se basant sur des approches en milieux poreux équivalents. L’accroissement de ces connaissances à travers des études expérimentales et numériques permet d’améliorer la maîtrise des processus physiques ayant lieu au long de la vie du centre de stockage Cigéo ainsi que leur intégration dans les travaux de conception, d’optimisation et de sûreté.

Objectifs et méthodes :

L’objectif des travaux de thèse sera de développer et/ou d’améliorer :

- (1) des méthodes numériques afin de déterminer le couplage entre propriétés hydrauliques des argilites du Callovo-Oxfordien et déformation à partir des réseaux poreux issus de la caractérisation par imagerie ;

- (2) des modèles (discrets et/ou milieux continus équivalents) représentatifs des mécanismes d’initiation et de propagation des fractures induites par une sollicitation au gaz, à l’échelle macroscopique, en s’appuyant sur les données expérimentales ;

- (3) des modélisations à l’échelle de l’expérimentation in situ et des ouvrages de Cigéo intégrant le phénomène d’autocolmatage ;

- (4) des modèles considérant la re-fermeture des fractures et ses conséquences sur les ouvrages de Cigéo.

Les travaux de thèse viseront à réduire l’incertitude concernant les paramètres hydrauliques du Callovo-Oxfordien (pression d’entrée et de percée au gaz, perméabilité à l’eau, courbe de rétention d’eau, etc.), à renforcer les connaissances sur les mécanismes de migration du gaz dans l’argilite, les mécanismes à l’origine de la transition de la migration à la fracturation au gaz, les mécanismes de propagation des fractures existantes dans la formation du Callovo-Oxfordien dans le contexte du stockage, l’effet de l’autocolmatage et la re-fermeture des fractures autour des ouvrages du centre de stockage Cigéo pendant la phase de fonctionnement et l’après-fermeture.

Université de Lyon :   https://www.universite-lyon.fr/ 
Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (ENTPE) :   https://www.entpe.fr/ 
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes (LTDS) :   http://ltds.ec-lyon.fr/ 

Profil du candidat :

Des candidats peuvent postuler à une allocation de thèse de doctorat de 3 ans à l'Université de Lyon (école d'ingénieurs ENTPE, laboratoire LTDS, Lyon, France), financée par l'ANDRA. Les candidats doivent avoir un niveau Ingénieur ou Master 2 dans une filière génie civil / mécanique / matériaux. Le travail requiert un intérêt pour les modélisations numériques en géotechnique (méthode éléments finis). Des connaissances de base en géotechnique, mécanique des milieux continus, modèles constitutifs (lois de comportement) sont également nécessaires. Ce projet de trois ans de thèse permettra au candidat de développer diverses compétences techniques (méthodes numériques avancées, poromécanique, élastoplasticité, modélisation de l'endommagement / fracturation, etc.) et de s'intégrer à un réseau de géomécanique dynamique possédant une solide expérience en modélisation numérique. Le candidat retenu utilisera et améliorera des modèles éléments finis non linéaires couplés, à partir de données expérimentales. La maîtrise de l'anglais, à l'oral comme à l'écrit, est nécessaire et la mobilité internationale est encouragée.