le sel dans du et - brgm
Post on 24-Nov-2021
7 Views
Preview:
TRANSCRIPT
rhéologie, propriétés physiquesdu sel gemme et phénomènes
de migration dans le sel
analyse bibliographique
MJIiBliMLîJf iJ. «Í i^» t u* ' ! u>* %^ '^ i
rhéologie, propriétés physiquesdu sel gemme et phénomènes
de migration dans le sel
analyse bibliographique
MJIiBliMLîJf iJ. «Í i^» t u* ' ! u>* %^ '^ i
BRGM
rhéologie, propriétés physiquesdu sel gemme et phénomènes
de migration dans le sel
analyse bibliographique
P. Massai
février 1 98888 SGN 191 STO
BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERESSERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Département StockagesB.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - Tél.: 38.64.34.34
BRGM
rhéologie, propriétés physiquesdu sel gemme et phénomènes
de migration dans le sel
analyse bibliographique
P. Massai
février 1 98888 SGN 191 STO
BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERESSERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Département StockagesB.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - Tél.: 38.64.34.34
SOMMAIRE
Pages
INTRODUCTION 1
1 - LES LOIS DE COMPORTEMENT 2
1.1 - L'approche empirique 41.2 - L'approche théorique 7
1.2.1 - Les modèles mécaniques (rhéologiques) 7
1.2.2 - Les lois structurales et thermodynamiques 9
2 - LES PROPRIETES SPECIFIQUES OU PARTICULIERES DU SEL 16
2.1 - Le conflit entre essais de laboratoire et essaisin-situ 17
2.2 - Caractéristiques mécaniques 192.3 - Densité 212.4- Porosité 232.5 - Teneur en eau 232.6 - Pennéabilité 232.7 - Caractéristiques thermiques 30
2.7.1 - Rappel des définitions 302.7.2 - Les valeurs des caractéristiques thermiques du
sel gemme 322.7.3 - Les modifications subies par le sel gemme et
quelques minéraux associés en fonction de latempérature 36
3 - L'HYDROGEOLOGIE DU SEL GEMME 40
3.1 - Notion de couverture et de barrière géologique 40
3.1.1 - Les causes naturelles 413.1.2 - Les causes accidentelles 41
3.1.2.1 - REALISATION DU STOCKAGE 423.1.2.2 - STOCKAGE 42
3.2 - L'hydrogéologie du sel 423.3 - Perméabilité 43
4 - LES ESSAIS IN-SITU 46
4.1 - La nature des déformations (convergence) dues au fluagedes cavités et des forages 47
4.2 - La mesure des contraintes in-situ dans le sel gemmepar fracturation hydraulique 50
SOMMAIRE
Pages
INTRODUCTION 1
1 - LES LOIS DE COMPORTEMENT 2
1.1 - L'approche empirique 41.2 - L'approche théorique 7
1.2.1 - Les modèles mécaniques (rhéologiques) 7
1.2.2 - Les lois structurales et thermodynamiques 9
2 - LES PROPRIETES SPECIFIQUES OU PARTICULIERES DU SEL 16
2.1 - Le conflit entre essais de laboratoire et essaisin-situ 17
2.2 - Caractéristiques mécaniques 192.3 - Densité 212.4- Porosité 232.5 - Teneur en eau 232.6 - Pennéabilité 232.7 - Caractéristiques thermiques 30
2.7.1 - Rappel des définitions 302.7.2 - Les valeurs des caractéristiques thermiques du
sel gemme 322.7.3 - Les modifications subies par le sel gemme et
quelques minéraux associés en fonction de latempérature 36
3 - L'HYDROGEOLOGIE DU SEL GEMME 40
3.1 - Notion de couverture et de barrière géologique 40
3.1.1 - Les causes naturelles 413.1.2 - Les causes accidentelles 41
3.1.2.1 - REALISATION DU STOCKAGE 423.1.2.2 - STOCKAGE 42
3.2 - L'hydrogéologie du sel 423.3 - Perméabilité 43
4 - LES ESSAIS IN-SITU 46
4.1 - La nature des déformations (convergence) dues au fluagedes cavités et des forages 47
4.2 - La mesure des contraintes in-situ dans le sel gemmepar fracturation hydraulique 50
5 - LES PHENOMENES DE TRANSPORT ET DE RETENTION DANS LA ROCHE
SALINE , 55
5.1 - Teneur en eau et inclusions fluides 55
5.1.1 - L'eau dans le sel 565.1.2 - Les inclusions fluides 57
5.2 - Influence d'un gradient de température : migration dede l'eau et des inclusions 58
5.3 - Rétention et transport ionique dans le sel 665.4 - Effets de l'irradiation sur les propriétés du sel 74
5.4,1 - Coloration du sel 74
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 79
5 - LES PHENOMENES DE TRANSPORT ET DE RETENTION DANS LA ROCHE
SALINE , 55
5.1 - Teneur en eau et inclusions fluides 55
5.1.1 - L'eau dans le sel 565.1.2 - Les inclusions fluides 57
5.2 - Influence d'un gradient de température : migration dede l'eau et des inclusions 58
5.3 - Rétention et transport ionique dans le sel 665.4 - Effets de l'irradiation sur les propriétés du sel 74
5.4,1 - Coloration du sel 74
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 79
INTRODUCTION
Les massifs salifères, qu'ils soient en couche ou en dôme sont
considérés comme un des types de formations envisageables pour le
stockage des déchets radioactifs.
De nombreuses études ont été développées ces dernières années,
essentiellement aux Etats-Unis et en République Fédérale d'Allemagne,
dans le but de vérifier les capacités de confinement de la barrière
géologique pour les différents types de gisement salifère, ainsi que
pour mieux connaître les propriétés particulières de ce matériau et
leurs variations sous l'effet d'un stockage.
En France, les gisements de sel profonds, en couche, ont été
utilisés depuis une vingtaine d'années pour réaliser des cavités de
stockage de gaz ou d'hydrocarbure.
Plus récemment le sel en couche, situé en Bresse, a été choisi
comme un des quatre sites envisagés pour le stockage géologique de
déchets radioactifs.
En vue de compléter ses connaissances sur ce type de milieu, le
BRGM a réalisé dans le cadre de son programme de recherche une étude
bibliographique ; celle-ci est essentiellement centrée sur le
comportement rhéologique du sel, et sur ses propriétés particulières au
regard des problèmes posés par le stockage de déchets radioactifs.
INTRODUCTION
Les massifs salifères, qu'ils soient en couche ou en dôme sont
considérés comme un des types de formations envisageables pour le
stockage des déchets radioactifs.
De nombreuses études ont été développées ces dernières années,
essentiellement aux Etats-Unis et en République Fédérale d'Allemagne,
dans le but de vérifier les capacités de confinement de la barrière
géologique pour les différents types de gisement salifère, ainsi que
pour mieux connaître les propriétés particulières de ce matériau et
leurs variations sous l'effet d'un stockage.
En France, les gisements de sel profonds, en couche, ont été
utilisés depuis une vingtaine d'années pour réaliser des cavités de
stockage de gaz ou d'hydrocarbure.
Plus récemment le sel en couche, situé en Bresse, a été choisi
comme un des quatre sites envisagés pour le stockage géologique de
déchets radioactifs.
En vue de compléter ses connaissances sur ce type de milieu, le
BRGM a réalisé dans le cadre de son programme de recherche une étude
bibliographique ; celle-ci est essentiellement centrée sur le
comportement rhéologique du sel, et sur ses propriétés particulières au
regard des problèmes posés par le stockage de déchets radioactifs.
1 - LES LOIS DE COMPORTEMENT
On appelle loi de comportement une relation tensorielle qui à
une histoire donnée du tenseur des déformations fait correspondre une
valeur du tenseur des contraintes au temps t en tout point M :
e (M,t)-E>o (M, t)
La fonction F caractérise le comportement mécanique du milieu
étudié ; elle est l'objet de la rhéologie, science qui étudie les
propriétés de déformation et de fracturation des matériaux, en fonction
des contraintes, de la température et du temps (M. LANGER, 1981).
Tous les mécaniciens du sel gemme prennent les essais de
fluage uniaxiaux et isothermes comme point de départ. Toutes les
rhéologies proposées découlent de l'interprétation d'essai de fluage et
c'est pourquoi la plupart des lois proposées restent marquées par
l'approche empirique initiale. Les tentatives pour insérer les obser¬
vations expérimentales au sein de théories plus générales ne sont pas
encore probantes (H. ROLNIK, 1984).
D'une façon générale, on distingue trois phases de fluage des
matériaux :
- le fluage primaire dans lequel la vitesse de déformation
diminue à charge constante ;
- le fluage secondaire dans lequel la vitesse de déformation
reste constante ;
- le fluage tertiaire dans le lequel la vitesse de déformation
augmente et mène à la rupture.
1 - LES LOIS DE COMPORTEMENT
On appelle loi de comportement une relation tensorielle qui à
une histoire donnée du tenseur des déformations fait correspondre une
valeur du tenseur des contraintes au temps t en tout point M :
e (M,t)-E>o (M, t)
La fonction F caractérise le comportement mécanique du milieu
étudié ; elle est l'objet de la rhéologie, science qui étudie les
propriétés de déformation et de fracturation des matériaux, en fonction
des contraintes, de la température et du temps (M. LANGER, 1981).
Tous les mécaniciens du sel gemme prennent les essais de
fluage uniaxiaux et isothermes comme point de départ. Toutes les
rhéologies proposées découlent de l'interprétation d'essai de fluage et
c'est pourquoi la plupart des lois proposées restent marquées par
l'approche empirique initiale. Les tentatives pour insérer les obser¬
vations expérimentales au sein de théories plus générales ne sont pas
encore probantes (H. ROLNIK, 1984).
D'une façon générale, on distingue trois phases de fluage des
matériaux :
- le fluage primaire dans lequel la vitesse de déformation
diminue à charge constante ;
- le fluage secondaire dans lequel la vitesse de déformation
reste constante ;
- le fluage tertiaire dans le lequel la vitesse de déformation
augmente et mène à la rupture.
COURBE DE FLUAGE A TEMPERATURE CONSTANTE
(d'après DA COSTA ANMIADE, 1910, in H. ROLNIK, 1984)
C'est essentiellement depuis une vingtaine d'années, lors du
programme de stockage d'hydrocarbures en gisement salifère, qu'estréellement née la mécanique du sel gemme. C'est après plusieurs années
de mesures de convergence in-situ des cavités de stockage que l'on a été
amené à admettre l'importance primordiale des propriétés de déformabi-
lité différée du sel gemme (BOUCHER, VOUILLE, BEREST, non publié).
De multiples fonnulations de loi de comportement ont été
élaborées et les approches théoriques ont évolué progressivement en
complexité (BEREST, 1984). Afin d'examiner l'ensemble de ces lois, nous
distinguerons l'approche empirique et l'approche théorique.
COURBE DE FLUAGE A TEMPERATURE CONSTANTE
(d'après DA COSTA ANMIADE, 1910, in H. ROLNIK, 1984)
C'est essentiellement depuis une vingtaine d'années, lors du
programme de stockage d'hydrocarbures en gisement salifère, qu'estréellement née la mécanique du sel gemme. C'est après plusieurs années
de mesures de convergence in-situ des cavités de stockage que l'on a été
amené à admettre l'importance primordiale des propriétés de déformabi-
lité différée du sel gemme (BOUCHER, VOUILLE, BEREST, non publié).
De multiples fonnulations de loi de comportement ont été
élaborées et les approches théoriques ont évolué progressivement en
complexité (BEREST, 1984). Afin d'examiner l'ensemble de ces lois, nous
distinguerons l'approche empirique et l'approche théorique.
1.1. - L'APPROCHE EMPIRIQUE
On constate en général une réponse instantanée de l'éprouvette
suivie d'une réponse différée. On admet, lors de la mise au point d'une
loi de comportement, le principe d'additivité des déformations selon
BOLTZMANN :
inst. écoul.e = e + e
la déformation totale résultant de la somme d'une déformation instan¬
tanée et d'une déformation caractéristique de l'écoulement (H. ROLNIK,
1984).
Le terme e * traduit le comportement instantané faisant
intervenir les effets d'élasticité idéale, de dilatation thermique et de
plasticité instantanée. Son importance dans la réponse globale de la
structure est mineure. Aussi tout l'effort de recherche est porté sur leécoulterme e *. L'école française est tentée d'y reconnaître une défor¬
mation viscoplastique (BEREST, 1984), tandis que pour les écoles améri¬
caine et allemande le terme 6 * correspond à un comportement
visqueux au sens large (possibilité d'écoulement quelle que soit la
contrainte axiale appliquée).
Les diverses formulations des lois empiriques peuvent être
classées suivant les catégories ci-après (G. FERNANDEZ, 1984) :
a) - loi de fluage exponentielle
6te = e + ê .t + e (1 - e )
os "
e : déformation élastique (instantanée)o
ê , e , 3 : paramètres de fluage
t : temps.
1.1. - L'APPROCHE EMPIRIQUE
On constate en général une réponse instantanée de l'éprouvette
suivie d'une réponse différée. On admet, lors de la mise au point d'une
loi de comportement, le principe d'additivité des déformations selon
BOLTZMANN :
inst. écoul.e = e + e
la déformation totale résultant de la somme d'une déformation instan¬
tanée et d'une déformation caractéristique de l'écoulement (H. ROLNIK,
1984).
Le terme e * traduit le comportement instantané faisant
intervenir les effets d'élasticité idéale, de dilatation thermique et de
plasticité instantanée. Son importance dans la réponse globale de la
structure est mineure. Aussi tout l'effort de recherche est porté sur leécoulterme e *. L'école française est tentée d'y reconnaître une défor¬
mation viscoplastique (BEREST, 1984), tandis que pour les écoles améri¬
caine et allemande le terme 6 * correspond à un comportement
visqueux au sens large (possibilité d'écoulement quelle que soit la
contrainte axiale appliquée).
Les diverses formulations des lois empiriques peuvent être
classées suivant les catégories ci-après (G. FERNANDEZ, 1984) :
a) - loi de fluage exponentielle
6te = e + ê .t + e (1 - e )
os "
e : déformation élastique (instantanée)o
ê , e , 3 : paramètres de fluage
t : temps.
Cette loi correspond â des résultats obtenus en laboratoire
sur des échantillons de sel gemme relativement pur, à des températures
élevées.
b) - Loi de fluage logarithmique
e = e +ê .t + T Ln (1 + nt)0 s
é , Y, n : paramètres de fluage.
Cette loi résulte également d'essais de fluage en laboratoire
à des températures relativement basses.
c) - Loi en puissance
e = e + k vT t
Jj : second invariant du tenseur déviateur des contraintes
k, m, n : paramètres de fluage
Seule cette dernière loi ne comprend pas de terme correspon¬
dant à un fluage secondaire, ce qui traduit, pour des valeurs de l'ex¬
posant "n" comprises entre 0,1 et 0,6, un ralentissement de la vitesse
de fluage avec le temps. Selon G. FERNANDEZ (1984), cette loi est la
meilleure représentation des propriétés dépendant du temps du sel gemme
à court et moyen terme. Une décélération des déformations de fluage à
long terme a bien été observée lors d'essais effectués autour d'une
ouverture dans un massif salin.
Toujours selon cet auteur, la valeur du paramètre n, qui est
la puissance du temps, dépend de la grandeur de la contrainte appliquée.
Cette loi correspond â des résultats obtenus en laboratoire
sur des échantillons de sel gemme relativement pur, à des températures
élevées.
b) - Loi de fluage logarithmique
e = e +ê .t + T Ln (1 + nt)0 s
é , Y, n : paramètres de fluage.
Cette loi résulte également d'essais de fluage en laboratoire
à des températures relativement basses.
c) - Loi en puissance
e = e + k vT t
Jj : second invariant du tenseur déviateur des contraintes
k, m, n : paramètres de fluage
Seule cette dernière loi ne comprend pas de terme correspon¬
dant à un fluage secondaire, ce qui traduit, pour des valeurs de l'ex¬
posant "n" comprises entre 0,1 et 0,6, un ralentissement de la vitesse
de fluage avec le temps. Selon G. FERNANDEZ (1984), cette loi est la
meilleure représentation des propriétés dépendant du temps du sel gemme
à court et moyen terme. Une décélération des déformations de fluage à
long terme a bien été observée lors d'essais effectués autour d'une
ouverture dans un massif salin.
Toujours selon cet auteur, la valeur du paramètre n, qui est
la puissance du temps, dépend de la grandeur de la contrainte appliquée.
Les déformations calculées à l'aide des lois ci-dessus sont
très comparables pour un intervalle de temps compris entre un jour et
deux mois et leurs valeurs s'ajustent de façon satisfaisante sur les
résultats des tests réalisés en laboratoire.
D'autres auteurs (M.C. LOKEN (1983), B. LADANYI (1984),
E. PASSARIS (1982) proposent également une loi en puissance pour expri¬
mer les déformations de fluage.
Les rhéologues n'ont pas manqué d'établir une analogie entre
les courbes déformation-temps obtenues pour le sel et celles relatives
aux méta\ax, et ils se sont inspirés des recherches menées antérieurement
sur ces matériaiix.
Les notions de fluage primaire, secondaire et tertiaire,
précédemment mentionnées, sont empruntées à ces travaux. On s'est assuré
par la suite que le fluage secondaire du sel gemme jouissait des mêmes
propriétés que celui des métaux, ce qui a conduit à reprendre directe¬
ment une généralisation des lois de fluage secondaire d'Odqvist (H.
ROLNIK, 1984). L'équipe du BGR de Hanovre qui joue un rôle important
dans le débat sur la rhéologie du sel gemme en raison de ses remarqua¬
bles moyens d'essais, propose une version simplifiée de cette loi
(LANGER, 1981 - BEREST, 1984) :
ê^ = f(Jj S.,ij ^^
où i(U) = A exp ( ^ ) (Js)*RT
J, = S. . S. . J, étant le second invariant duiiii
2 " * tenseur déviateur des
contraintes.
etQ : énergie d' activation
T : la température.
Les déformations calculées à l'aide des lois ci-dessus sont
très comparables pour un intervalle de temps compris entre un jour et
deux mois et leurs valeurs s'ajustent de façon satisfaisante sur les
résultats des tests réalisés en laboratoire.
D'autres auteurs (M.C. LOKEN (1983), B. LADANYI (1984),
E. PASSARIS (1982) proposent également une loi en puissance pour expri¬
mer les déformations de fluage.
Les rhéologues n'ont pas manqué d'établir une analogie entre
les courbes déformation-temps obtenues pour le sel et celles relatives
aux méta\ax, et ils se sont inspirés des recherches menées antérieurement
sur ces matériaiix.
Les notions de fluage primaire, secondaire et tertiaire,
précédemment mentionnées, sont empruntées à ces travaux. On s'est assuré
par la suite que le fluage secondaire du sel gemme jouissait des mêmes
propriétés que celui des métaux, ce qui a conduit à reprendre directe¬
ment une généralisation des lois de fluage secondaire d'Odqvist (H.
ROLNIK, 1984). L'équipe du BGR de Hanovre qui joue un rôle important
dans le débat sur la rhéologie du sel gemme en raison de ses remarqua¬
bles moyens d'essais, propose une version simplifiée de cette loi
(LANGER, 1981 - BEREST, 1984) :
ê^ = f(Jj S.,ij ^^
où i(U) = A exp ( ^ ) (Js)*RT
J, = S. . S. . J, étant le second invariant duiiii
2 " * tenseur déviateur des
contraintes.
etQ : énergie d' activation
T : la température.
Une variante de la loi d'Odqvist établie par LEMAITEIE pour les
métaux légers, de la forme :
A e^/" é ^/"
est reprise par G. VOUILLE, (1981) qui en propose une version
généralisée.
Certains rhéologues ne reconnaissent pas de phases de fluage
(en particulier secondaire ou tertiaire) et préfèrent appeler leurs
modèles "Lois d'écrouissage", avec le temps ou la déformation. D'autres
enfin croient plus volontiers en des vitesses de déformation qui tendent
vers une valeur constante non nulle ce qui traduit un fluage avec
accroissement linéaire des déformations dans une phase secondaire
indéfinie.
1.2. - L'APPROCHE THEORIQUE
Si l'approche empirique permet, comme on vient de le voir,
l'écriture d'une loi de comportement (les valeurs des paramètres étant
déterminées expérimentalement), rien n'indique que les lois ainsi
obtenues respectent les principes de la thermodynéimique , et il n'est pas
possible d'affirmer en outre que ces relations sont représentatives du
comportement du matériau . dans toutes les configurations de sollicita¬
tion.
C'est pourquoi, les mécaniciens du sel gemme ont cherché à
étayer leur rhéologie par des considérations plus théoriques ce qui a
conduit à deux types de lois : les lois rhéologiques et les lois struc¬
turales et thermodynamiques.
1,2,1, - Les modèles mécaniques (rhéologiques)
De nombreux auteurs utilisent pour représenter les comporte¬
ments élastiques, visqueux ou plastiques des éléments mécaniques à une
dimension assemblée en série ou en parallèle de manière plus ou moins
compliquée. Les éléments mécaniques de base servant à construire les
modèles sont :
Une variante de la loi d'Odqvist établie par LEMAITEIE pour les
métaux légers, de la forme :
A e^/" é ^/"
est reprise par G. VOUILLE, (1981) qui en propose une version
généralisée.
Certains rhéologues ne reconnaissent pas de phases de fluage
(en particulier secondaire ou tertiaire) et préfèrent appeler leurs
modèles "Lois d'écrouissage", avec le temps ou la déformation. D'autres
enfin croient plus volontiers en des vitesses de déformation qui tendent
vers une valeur constante non nulle ce qui traduit un fluage avec
accroissement linéaire des déformations dans une phase secondaire
indéfinie.
1.2. - L'APPROCHE THEORIQUE
Si l'approche empirique permet, comme on vient de le voir,
l'écriture d'une loi de comportement (les valeurs des paramètres étant
déterminées expérimentalement), rien n'indique que les lois ainsi
obtenues respectent les principes de la thermodynéimique , et il n'est pas
possible d'affirmer en outre que ces relations sont représentatives du
comportement du matériau . dans toutes les configurations de sollicita¬
tion.
C'est pourquoi, les mécaniciens du sel gemme ont cherché à
étayer leur rhéologie par des considérations plus théoriques ce qui a
conduit à deux types de lois : les lois rhéologiques et les lois struc¬
turales et thermodynamiques.
1,2,1, - Les modèles mécaniques (rhéologiques)
De nombreux auteurs utilisent pour représenter les comporte¬
ments élastiques, visqueux ou plastiques des éléments mécaniques à une
dimension assemblée en série ou en parallèle de manière plus ou moins
compliquée. Les éléments mécaniques de base servant à construire les
modèles sont :
- le modèle élastique de Hooke, le modèle visqueux de Newton et le
modèle plastique de Saint-Venant (OUVRY, 1985). En associant ces
différents modèles de base, on obtient entre autres les modèles de
Kelvin, de Meixwell, de Burgers et de Bingham, et le modèle élasto-
viscoplastique.
La plupart des modèles rhéologiques employés en mécanique du
sel gemme correspondent à des corps de Burgers, qui représentent une
vitesse de fluage de la forme :
d 0 0 E^exp(- -; t)
E^
Elasticité
instantanée
Mn
Fluage
stationnaire
k "'^"^ kn n
Fluage
transitoire
Selon B. LADANYI (1983) le sel est une roche élastique non
linéaire - viscoplastique : la déformation totale au bout d'un temps
donné sous une contrainte constante peut s'exprimer sous la forme
suivante :
e = eii> . ei^>
où e est une déformation instantanée élastique et plastique
(c)et 6 est une déformation de fluage souvent représentée par une
loi contenant un terme en puissance :
(c) è 0e = (-£) (-l)"t"
n 0c
- le modèle élastique de Hooke, le modèle visqueux de Newton et le
modèle plastique de Saint-Venant (OUVRY, 1985). En associant ces
différents modèles de base, on obtient entre autres les modèles de
Kelvin, de Meixwell, de Burgers et de Bingham, et le modèle élasto-
viscoplastique.
La plupart des modèles rhéologiques employés en mécanique du
sel gemme correspondent à des corps de Burgers, qui représentent une
vitesse de fluage de la forme :
d 0 0 E^exp(- -; t)
E^
Elasticité
instantanée
Mn
Fluage
stationnaire
k "'^"^ kn n
Fluage
transitoire
Selon B. LADANYI (1983) le sel est une roche élastique non
linéaire - viscoplastique : la déformation totale au bout d'un temps
donné sous une contrainte constante peut s'exprimer sous la forme
suivante :
e = eii> . ei^>
où e est une déformation instantanée élastique et plastique
(c)et 6 est une déformation de fluage souvent représentée par une
loi contenant un terme en puissance :
(c) è 0e = (-£) (-l)"t"
n 0c
Une tendance actuelle, selon BEEST (1984), est d'admettre un
comportement fortement non linéaire :
^«P-A. <o. -,.-2C>"
où c est la cohésion
n est la viscosité
et n est une constante de l'ordre de 3,4 ou 5.
Enfin, LANGER propose un modèle général rendant compte d'une
élasticité instantanée, d'une élasticité retardée, du fluage transitoire
et du fluage stationnaire. Si ce modèle est susceptible de rendre compte
de toutes les observations de laboratoire, la détermination de tous les
paramètres qu'il met en jeu est une entreprise sans espoir (H, ROLNIK,
1984). M. LANGER (1981) donne une liste récapitulative des différentes
lois élaborées pour le sel gemme ainsi que des valeurs indicatives des
paramètres mis en jeu.
1,2,2, - Les lois structurales et thermodynamiques
Ces lois s'appuient sur les mécanismes de déformation micro¬
cristalline. On retrouve encore ici l'analogie avec les métaux. En
effet, l'étude de la structure microcristalline du sel gemme montre la
présence de dislocations, lacunes et joints de grain communs aux métaux.
Quatre types de mécanismes microphysiques semblent intervenir
dans le processus de fluage du sel gemme : le glissement des disloca¬
tions, la montée des dislocations ou polygonisation, la diffusion et les
déformations intergranulaires. Ces phénomènes rendent compte essentiel¬
lement du fluage stationnaire pour différents domaines de température et
de contrainte.
Enfin, les modèles issus de considérations thermodynamiques
sont les seuls à pouvoir garantir un fondement théorique valable. On
pourrait donc espérer d'eux qu'ils soient adaptés à toutes les configu¬
rations de sollicitations et conduisent toujours à un comportement
conforme à la réalité (H. ROLNIK, 1984).
Une tendance actuelle, selon BEEST (1984), est d'admettre un
comportement fortement non linéaire :
^«P-A. <o. -,.-2C>"
où c est la cohésion
n est la viscosité
et n est une constante de l'ordre de 3,4 ou 5.
Enfin, LANGER propose un modèle général rendant compte d'une
élasticité instantanée, d'une élasticité retardée, du fluage transitoire
et du fluage stationnaire. Si ce modèle est susceptible de rendre compte
de toutes les observations de laboratoire, la détermination de tous les
paramètres qu'il met en jeu est une entreprise sans espoir (H, ROLNIK,
1984). M. LANGER (1981) donne une liste récapitulative des différentes
lois élaborées pour le sel gemme ainsi que des valeurs indicatives des
paramètres mis en jeu.
1,2,2, - Les lois structurales et thermodynamiques
Ces lois s'appuient sur les mécanismes de déformation micro¬
cristalline. On retrouve encore ici l'analogie avec les métaux. En
effet, l'étude de la structure microcristalline du sel gemme montre la
présence de dislocations, lacunes et joints de grain communs aux métaux.
Quatre types de mécanismes microphysiques semblent intervenir
dans le processus de fluage du sel gemme : le glissement des disloca¬
tions, la montée des dislocations ou polygonisation, la diffusion et les
déformations intergranulaires. Ces phénomènes rendent compte essentiel¬
lement du fluage stationnaire pour différents domaines de température et
de contrainte.
Enfin, les modèles issus de considérations thermodynamiques
sont les seuls à pouvoir garantir un fondement théorique valable. On
pourrait donc espérer d'eux qu'ils soient adaptés à toutes les configu¬
rations de sollicitations et conduisent toujours à un comportement
conforme à la réalité (H. ROLNIK, 1984).
10
Or, il n'est pas possible de définir une loi de comportement
compatible avec les divers bilans mécaniques et les deux principes de la
therrriodynamique sans se livrer à une série d'hypothèses. Quand, de plus,
il faut déterminer les paramètres intervenant dans la loi au moyen de
mesures expérimentales le nombre de simplifications à faire est considé¬
rable.
L'influence de la température est généralement prise en compte
par l'ensemble des auteurs en introduisant dans l'expression de la
vitesse de fluage un terme proportionnel à exp(-'-^) où Q est l'énergieRT
d'activation. Cette expression découle de l'application de la théorie
des processus de vitesse, développée pour les fluides visqueux à partir
de considérations statistiques.
En conclusion, on notera que la plupart des lois évoquées
ci-dessus ne peuvent à elles seules rendre compte de toutes les observa¬
tions recueillies en laboratoire. De nombreuses interrogations subsis¬
tent quant à l'aptitude de ces lois à prédire le comportement in-situ.
Dans l'optique d'un stockage de déchets radioactifs, il est
nécessaire de trouver une loi de comportement à long terme. Une telle
loi implique entre autre que l'on sache modéliser l'effet de la tempéra¬
ture sur la viscosité du sel gemme. On a constaté, en effet, qu'une
élévation de la température fluidifie ce matériau : quand on passe de
22'C à sec la vitesse de fluage secondaire est en gros multipliée par
2, et elle est un peu plus de( 10' j fois supérieure pour une augmentation
de la température de 22"C à 150'C.
Or, il s'est avéré jusqu'à présent que toutes les tentatives
d'approches théoriques du comportement à long terme du sel gemme se sont
soldées par un échec. Aussi, la résolution d'un problème de dimension¬
nement d'une cavité dans du sel gemme s'accompagne donc d'un choix entre
les différentes lois rhéologiques mentionnées que seuls les faits
expérimentaux doivent dicter.
10
Or, il n'est pas possible de définir une loi de comportement
compatible avec les divers bilans mécaniques et les deux principes de la
therrriodynamique sans se livrer à une série d'hypothèses. Quand, de plus,
il faut déterminer les paramètres intervenant dans la loi au moyen de
mesures expérimentales le nombre de simplifications à faire est considé¬
rable.
L'influence de la température est généralement prise en compte
par l'ensemble des auteurs en introduisant dans l'expression de la
vitesse de fluage un terme proportionnel à exp(-'-^) où Q est l'énergieRT
d'activation. Cette expression découle de l'application de la théorie
des processus de vitesse, développée pour les fluides visqueux à partir
de considérations statistiques.
En conclusion, on notera que la plupart des lois évoquées
ci-dessus ne peuvent à elles seules rendre compte de toutes les observa¬
tions recueillies en laboratoire. De nombreuses interrogations subsis¬
tent quant à l'aptitude de ces lois à prédire le comportement in-situ.
Dans l'optique d'un stockage de déchets radioactifs, il est
nécessaire de trouver une loi de comportement à long terme. Une telle
loi implique entre autre que l'on sache modéliser l'effet de la tempéra¬
ture sur la viscosité du sel gemme. On a constaté, en effet, qu'une
élévation de la température fluidifie ce matériau : quand on passe de
22'C à sec la vitesse de fluage secondaire est en gros multipliée par
2, et elle est un peu plus de( 10' j fois supérieure pour une augmentation
de la température de 22"C à 150'C.
Or, il s'est avéré jusqu'à présent que toutes les tentatives
d'approches théoriques du comportement à long terme du sel gemme se sont
soldées par un échec. Aussi, la résolution d'un problème de dimension¬
nement d'une cavité dans du sel gemme s'accompagne donc d'un choix entre
les différentes lois rhéologiques mentionnées que seuls les faits
expérimentaux doivent dicter.
ANNEX
Constitutive laws and material parameters
for rock salt (literature)
1 . Transient creep ("primary creep")
1 . 1 Enpir ical laws
e=K.ô^.oP .^^
e s Alo.Ol In II «a»)
E =B(0.i>).l1-e-'''l
.2 Rheologii
C
t
fh-
cal
n-
.0,E
laws
'^:(l-e 1
e .0.£ Jr Il-e ^« " )
1.3 Structural laws (dislocation-theory)
0 V -5.
potential law (1,2,3,4,5,6,7)
logarithmic law (8,9)
exponential law (10,11)
strain hardening (12,13,14)
( '3 ' const . )
Kelvin-body (15)
Makamura-body (16)
extended Kelvin-body (17)^t
(10,19)
(20)
EXAMPLES FOR MATERIAL PARAMETERS
LAW UNITS LIT.
e= 7.0 * 13,9 t^'^^-io-*E = 82,0 * 6,Bt°'"2-10-''
for ô =20» C
for ^ =104«C(18)
, 1,4 0,55-19,7E = 200 t e ^ :^,o -3 (kI Ibarllsl (41)
¿ = 0,39-|u""o^'^0^'°- t"°'' fKl Ipsillhl (2)
E = 6,5-10~"i) ^'^0 ^'^ t°'" JKllpsDIhl (42)
E = 1.1-10-"00-^''"'02. 475^0. 4656,^, ,^^j,,^, ^^
4100 1 -1,5,,, ,, ,£ - 6,02- 10-^1 S^'"o'~y~ 1 0,4656 E iKljPaKsl ^^^^-43,^3,0_
S./J7e,,=b,87-I0 ^^ \ ^'^1°'", Oij IkI IpslI lsl(44)iJ \ 295,5 / ''2
J. ^ "''''li '°'*^ ^i1* ^ ^^^^ij ' J
15.6"10"-'^ (J2)0, 974^ 9,66 ^.-0,75 I K 11 psl 1 1 hr 1 ( 3 )
V =0,45
E=0.2|-e^;°^ a ^'° I l-e-°'"'^l iKl iMPal Idl (20)
The numbers in the brackets ( ) refer to the numbers ofreferences in chapter four of this annex.
(d'après M. LANGER, 1981)
ANNEX
Constitutive laws and material parameters
for rock salt (literature)
1 . Transient creep ("primary creep")
1 . 1 Enpir ical laws
e=K.ô^.oP .^^
e s Alo.Ol In II «a»)
E =B(0.i>).l1-e-'''l
.2 Rheologii
C
t
fh-
cal
n-
.0,E
laws
'^:(l-e 1
e .0.£ Jr Il-e ^« " )
1.3 Structural laws (dislocation-theory)
0 V -5.
potential law (1,2,3,4,5,6,7)
logarithmic law (8,9)
exponential law (10,11)
strain hardening (12,13,14)
( '3 ' const . )
Kelvin-body (15)
Makamura-body (16)
extended Kelvin-body (17)^t
(10,19)
(20)
EXAMPLES FOR MATERIAL PARAMETERS
LAW UNITS LIT.
e= 7.0 * 13,9 t^'^^-io-*E = 82,0 * 6,Bt°'"2-10-''
for ô =20» C
for ^ =104«C(18)
, 1,4 0,55-19,7E = 200 t e ^ :^,o -3 (kI Ibarllsl (41)
¿ = 0,39-|u""o^'^0^'°- t"°'' fKl Ipsillhl (2)
E = 6,5-10~"i) ^'^0 ^'^ t°'" JKllpsDIhl (42)
E = 1.1-10-"00-^''"'02. 475^0. 4656,^, ,^^j,,^, ^^
4100 1 -1,5,,, ,, ,£ - 6,02- 10-^1 S^'"o'~y~ 1 0,4656 E iKljPaKsl ^^^^-43,^3,0_
S./J7e,,=b,87-I0 ^^ \ ^'^1°'", Oij IkI IpslI lsl(44)iJ \ 295,5 / ''2
J. ^ "''''li '°'*^ ^i1* ^ ^^^^ij ' J
15.6"10"-'^ (J2)0, 974^ 9,66 ^.-0,75 I K 11 psl 1 1 hr 1 ( 3 )
V =0,45
E=0.2|-e^;°^ a ^'° I l-e-°'"'^l iKl iMPal Idl (20)
The numbers in the brackets ( ) refer to the numbers ofreferences in chapter four of this annex.
(d'après M. LANGER, 1981)
EXAMPLES FCR MATERIAL PARAMETERS
LAW UNITS LIT.
F= 1,C"1C)"'^ o\w"^-0,3' lO"'^ O^Ipslllsl (16)
t. 1..4-,0-.A^,^'^ Ipsl 1 Imin ) (22)
¿= 15-10-'^ O^'^ Ipsl ] Id ) (21)
O-10"^e" -î-y^ (AO I ^'^ Ibarl iKlIsec) (29)
>> -52Ü0 3,0 |Pa I iKllsecl (23).l,232'10'"'-'-e ô
, ..r.- -7047 . ^ 5,0-«0,419 e 5 0E V
iHPal lK)(d I (4'>)
. , .^. -6500 . n 5,0- 0,16 e r 0E V
iMPal Ul (dl (30)
262.3 n'\> ' slnh
4,5-e 46,9 Ibarl (Kisecl (29)Ical/mol K|
2. STATIONARY CREEP ("SECONDARY CREEP")
2 . I Empl rica 1 laws
A ( a ) 0
è = K 0".ô^
(21.22)
(23,24)
2.2 Rheological laws ( & = const.)
t = i'^ -0 F) '"^ 'Of" Blnghara-body (25,26)
( 0 - 0 ) t 1
F E S ''^ ' ^f' Schwedof f-body (27)E T)"
2.3 Structural laws (dislocation-theory)
dislocation climb (28.29,30)2_RT
= = K 0"-e
- = K I sin ^ I'e dislocation glide (31,32)-Ql -g2
¿^ = K 0 " e RT + K e RT 'f(O) comb, muchanlsm (33,34)
EXAMPLES FCR MATERIAL PARAMETERS
LAW UNITS LIT.
F= 1,C"1C)"'^ o\w"^-0,3' lO"'^ O^Ipslllsl (16)
t. 1..4-,0-.A^,^'^ Ipsl 1 Imin ) (22)
¿= 15-10-'^ O^'^ Ipsl ] Id ) (21)
O-10"^e" -î-y^ (AO I ^'^ Ibarl iKlIsec) (29)
>> -52Ü0 3,0 |Pa I iKllsecl (23).l,232'10'"'-'-e ô
, ..r.- -7047 . ^ 5,0-«0,419 e 5 0E V
iHPal lK)(d I (4'>)
. , .^. -6500 . n 5,0- 0,16 e r 0E V
iMPal Ul (dl (30)
262.3 n'\> ' slnh
4,5-e 46,9 Ibarl (Kisecl (29)Ical/mol K|
2. STATIONARY CREEP ("SECONDARY CREEP")
2 . I Empl rica 1 laws
A ( a ) 0
è = K 0".ô^
(21.22)
(23,24)
2.2 Rheological laws ( & = const.)
t = i'^ -0 F) '"^ 'Of" Blnghara-body (25,26)
( 0 - 0 ) t 1
F E S ''^ ' ^f' Schwedof f-body (27)E T)"
2.3 Structural laws (dislocation-theory)
dislocation climb (28.29,30)2_RT
= = K 0"-e
- = K I sin ^ I'e dislocation glide (31,32)-Ql -g2
¿^ = K 0 " e RT + K e RT 'f(O) comb, muchanlsm (33,34)
TRANSIENT AND STATIONARY CREEP
1 EiLpirical IjuL I & ,0 = const.)
YE =E, » kt » ^r (35)
E=£|.ti{t»i,lf. (l*ct) (3 6)
-^«t =E|. k" t * 'Jln I n* (1-n) e " ]
j.i ."theological laws (ô = const.)E
1
E = 0 I E, t0
1 -Tl i
( 37)
Burge r s-bod\'(38)
E = 0 I E 0 * ^ "-^ " + ( 0 - 0 p)-Tlm t Cchof ield-
ScottBlalr-body (39)
S- I
e =o[ir-l(i-e'^ 11+ ( 0 - 0 ) -S iE E Kr
1 = 1
E
--n t 1 .
(l-e )MO-Op)-T,^ «^
Schof ield-ücot tBla ir-body , extended (40)
3.3 Structural laws (di s 1 oca t ion- thef^ry )
B e I l-e 1 + A-RT
(20)
4. REFERENCES
(1) Boresi, A. P. and Deere, n.U., Il963l , "Creep closureof a spherical cavity in a infinite med ium, "Reportfor Holmes Narver Inc., Las Vegas.
(2) Lomenlck, T.F. and Bradshaw, R.L., |l969l, "ModelPillar Tests for Evaluating the Structural StabilityOpoiiings in Rock Salt Utilized for the Disposal ofHad loact i vo VNuc . Eng. Dfs. 9| 269.
(3) Thoms, R.L. and C.V. Cl\ar, |1972) ."Finite elementanalysis of rock salt pillar models," Rock Medíanles,393-410.
(4) Possum, A.F., (1977 1 , "On the structural behavior ofprogressively mined solution cavities In salt,"Journ. of Appl Hech.
(5) Hansen, F.D., "Evaluation of an inelastic law forRock Mech. ,ll977l
(6) Mdxwull, D.E., "Review and Continuing Analysis of theSAI Creep Model," Science Applications inc. SAI-FR-137-1 ONWl/Sub/78/Ë512-0130Q, (19781
(7) Hardy, M.P. and JOHN) C.H.St., I197B], "Surface Displacements and Pillar Stresses Associated with Nucle¬ar Waste Disposal In Salt, Nuclear Technology,"
(0) Weertman, J. and Weertman, J.R., I 1 970 1 , "MechanicalProperties, Strongly Temperature Dependent,"Physical Metallurgy ed. R.W. Cain, North-Holland.
(9) Knoll, P. ,11973] ,"Beitrag zum EinfluB der Zeit aufdie Verformung und den Bruch von Sa 1 zges te in , "Freib. Forschungshef t A 528.
(10) Mc Vetty, P.G., I 1 9 34 ), "Work Ing Stresses for Hii;liTemperature Service," Hech. Eng. 56, 149.
(11) Webster, G.A., [ 19661, "Widely Applicable DislocationModel of Creep," Phil . Mag. 14 , 775.
(12) Mcnzel, W., Sclirelner, W. and Weber, D.t|976l,"Zum geomechan Ischen Verhalten von Steinsalz bei er-hôhten Gebirgstempera turen , " Neue Bcrgbautechn ik ,
442-446.
(13) Maxwell, D.E., Wahi, KK. and Dial, B., (1978],"The Thermomechanlcal Response of WIPP Repositories,"Science Applications Incorporated, SAI-FR-145.
TRANSIENT AND STATIONARY CREEP
1 EiLpirical IjuL I & ,0 = const.)
YE =E, » kt » ^r (35)
E=£|.ti{t»i,lf. (l*ct) (3 6)
-^«t =E|. k" t * 'Jln I n* (1-n) e " ]
j.i ."theological laws (ô = const.)E
1
E = 0 I E, t0
1 -Tl i
( 37)
Burge r s-bod\'(38)
E = 0 I E 0 * ^ "-^ " + ( 0 - 0 p)-Tlm t Cchof ield-
ScottBlalr-body (39)
S- I
e =o[ir-l(i-e'^ 11+ ( 0 - 0 ) -S iE E Kr
1 = 1
E
--n t 1 .
(l-e )MO-Op)-T,^ «^
Schof ield-ücot tBla ir-body , extended (40)
3.3 Structural laws (di s 1 oca t ion- thef^ry )
B e I l-e 1 + A-RT
(20)
4. REFERENCES
(1) Boresi, A. P. and Deere, n.U., Il963l , "Creep closureof a spherical cavity in a infinite med ium, "Reportfor Holmes Narver Inc., Las Vegas.
(2) Lomenlck, T.F. and Bradshaw, R.L., |l969l, "ModelPillar Tests for Evaluating the Structural StabilityOpoiiings in Rock Salt Utilized for the Disposal ofHad loact i vo VNuc . Eng. Dfs. 9| 269.
(3) Thoms, R.L. and C.V. Cl\ar, |1972) ."Finite elementanalysis of rock salt pillar models," Rock Medíanles,393-410.
(4) Possum, A.F., (1977 1 , "On the structural behavior ofprogressively mined solution cavities In salt,"Journ. of Appl Hech.
(5) Hansen, F.D., "Evaluation of an inelastic law forRock Mech. ,ll977l
(6) Mdxwull, D.E., "Review and Continuing Analysis of theSAI Creep Model," Science Applications inc. SAI-FR-137-1 ONWl/Sub/78/Ë512-0130Q, (19781
(7) Hardy, M.P. and JOHN) C.H.St., I197B], "Surface Displacements and Pillar Stresses Associated with Nucle¬ar Waste Disposal In Salt, Nuclear Technology,"
(0) Weertman, J. and Weertman, J.R., I 1 970 1 , "MechanicalProperties, Strongly Temperature Dependent,"Physical Metallurgy ed. R.W. Cain, North-Holland.
(9) Knoll, P. ,11973] ,"Beitrag zum EinfluB der Zeit aufdie Verformung und den Bruch von Sa 1 zges te in , "Freib. Forschungshef t A 528.
(10) Mc Vetty, P.G., I 1 9 34 ), "Work Ing Stresses for Hii;liTemperature Service," Hech. Eng. 56, 149.
(11) Webster, G.A., [ 19661, "Widely Applicable DislocationModel of Creep," Phil . Mag. 14 , 775.
(12) Mcnzel, W., Sclirelner, W. and Weber, D.t|976l,"Zum geomechan Ischen Verhalten von Steinsalz bei er-hôhten Gebirgstempera turen , " Neue Bcrgbautechn ik ,
442-446.
(13) Maxwell, D.E., Wahi, KK. and Dial, B., (1978],"The Thermomechanlcal Response of WIPP Repositories,"Science Applications Incorporated, SAI-FR-145.
(14i Fcssuiti, A.F., (1977], " VI sco-pla st ic behaviour duringthe excavation phase of a salt cavity," Int . J .
f-r Nucerical ar.d Analytical Methods in Geomechan 1 cs ,vol. 1, 4 5--:s.
(15, Echuppe, F., [l96l],"Zur Standf est inkel t von Bergfes-ten im Sa 1 zbergbau , " Bergakad. 13, H2, 59-62.
;16) Oterth, L., I 1 964 1 , "Deforma t lona 1 behaviour of modelpillars made from salt, trona and potash Ore,"Prsc. 6th Syrr.p. on Rock Mechanics In Roll a , Missouri ,
539-560.
(17) Langer, H., ( 19791 , "Rheological Behaviour of rockn. a s s e s , " Pr-.c. 4. Int. Cong. Rock Hech, Vol 3 ,Mont reux , '¿'J-'Jt> .
(16) Le Conpte, P., Il965l, "Creep in rock salt," Jouralof Geology, Vol 73, 469-489.
(IS) Carter, N.L., Il976 1 , "Steady-state flow of rocks,"Rev, of Geophysics and Space Physics, Vol. 14.
(20) BGR-Forschul.gs^ericht, (author: Hunsche, U.), (l9Unl,"Cebirgsmect.an ik im Salz," 5. Zwischenber i cht , Mannover
(21) Hedley, D.G.F., (l967j,"An Appraisal of ConvergenceHeasuroments in Salt Mines," Proc. 4th Rock Mech.
(22) Thompson, E.G. and Ripperger, A., ( 1964 1 ,"An Experi¬mental Technique for the Investigation of the Flow ofHalite and Sylvinite, " Proceedings of the Sixt Symp .on Rock Hc-chanics, Rolla.
(23) Dawson, P.R. and J.R. Tillerson, (l977] , "Corapa ra t IveEvaluations of the Thermomechanlcal Responses forThree High Level Waste Canister Emplacement Alterna¬tives," SAND-77-038B.
(24) Hansen, F.D. and Hellegard, K.D., "Creep Behaviorof Bedded Salt from Southeastern New Mexico at Ele¬vated Temperature," Technical Memorandum ReportRSI-0062, RE/SPEC, Inc.
(25) Winkel, B.V., Gerstle ,K.H. and Ko, H. Y., (l972l,"Analysis of Time-Dependent Deformations of OpeningsIn Salt Media," Int. J.Rock Mech. Mln. Sci., 9,249-260.
(26) Serata, S., Sakural, S. and Adachi. T.. (l969l ,"Theory of aggregate rock behaviour on absolute threedimensional testing (ATT) of rock salt," Proc. 10thSymp. on Rock Mechanics, Austin, 431-473.
(27) Langer, M. u. Hofrlchter, E., (l969l , "Stands Icher-helt und Konvergenz von Salzkavernen , " Proc. Symp.Large permanent openings, Oslo, 147-156.
(28) Weertman, J., 1 1957 1 ."Steady-state creep throughdislocation climb," J. Appl. Phys., Vol 28.
(29) Heard, C.H., I 1972 1 ."Steady-state flow in polycris-talllne halite at pressure of 2 kllobars," Geophys .
Honogr. Series, Vol. 16.
(30) Wallner, M, Caninenberg. C, Gonther, H., [l979l."Ermlttlung zeit- und t erape ra turabhSng iger mechaiii-scher Kennwerte von Salzgestelnen , " Proc. 4 Int. Cnngr.Rock Mech., Vol. 1. Montreux.
(31) Weertman. J., Il955l ."Theory of steady-state creeobased on dislocation climb," J. Appl. Phys., Vol. 26.
(32) Heard, C.H., ( 1972 1 , "Steady-state flow in polycris-talllne halite at pressure of 2 kllobats," Geopliys.Monogr. Series, Vol. 16.
(33)
(34)
(35)
(36)
Munson, D.E., (l979l , "Prel imi nary de forma t lon-meclia-nism map for salt (with application to WIPP)," SandiaLabs., SAND-79-0076.
BGR-Forschungsbericht (author! Wallner, H.), (l98ûl,"Berechnung therr.iomechan ischer VorgSnge bel der End-lagerung hochrad loak t Iver Abfâlle In Salzgesteln , "Hannover ,
Herrmann, W., Wawerslk, W.R. and Lauson, H.S., (l980l,"Model for Transient Creep of Southeastern New MexicoRock Salt," Sandia Laboratories, SAND-80-2 1 72
Herrmann, W. , Wawerslk. W.R. and Lauson. H.S.,(l980l."Creep Curves and Fitting Parameters for SoutheasternNew Mexico Salt. " Sandia Laboratories, SAND-ao-0087 .
(37) Munson. D.E. and Dawson, P.R., I 19791, "ConstitutiveModel for the Low Temperature Creep of Salt (WitliApplication to WIPP)," Sandia Laboratories, SAND-79-1853.
(38) Loonen, J.H.E., Il962l, "Theoret Ische Berechnung derum elnen zy 1 Indrischen Hohlraum in eincm vlskoclas-t isch-plastischen Medium auftretenden Spannungen undVerschiebungen, " Central Proefstatlon v.d. Stats-mljnen Llmburg, Hoensbrock-Treebeck .
(39) Serata, S., I 1978 1, "Geomechanlcal Basis for Designof Underground Salt Cavities," ASME, 7B-PET-59, Ener¬gy Technology Conference t, Ex hlbitlon, Houst on, Texas
(14i Fcssuiti, A.F., (1977], " VI sco-pla st ic behaviour duringthe excavation phase of a salt cavity," Int . J .
f-r Nucerical ar.d Analytical Methods in Geomechan 1 cs ,vol. 1, 4 5--:s.
(15, Echuppe, F., [l96l],"Zur Standf est inkel t von Bergfes-ten im Sa 1 zbergbau , " Bergakad. 13, H2, 59-62.
;16) Oterth, L., I 1 964 1 , "Deforma t lona 1 behaviour of modelpillars made from salt, trona and potash Ore,"Prsc. 6th Syrr.p. on Rock Mechanics In Roll a , Missouri ,
539-560.
(17) Langer, H., ( 19791 , "Rheological Behaviour of rockn. a s s e s , " Pr-.c. 4. Int. Cong. Rock Hech, Vol 3 ,Mont reux , '¿'J-'Jt> .
(16) Le Conpte, P., Il965l, "Creep in rock salt," Jouralof Geology, Vol 73, 469-489.
(IS) Carter, N.L., Il976 1 , "Steady-state flow of rocks,"Rev, of Geophysics and Space Physics, Vol. 14.
(20) BGR-Forschul.gs^ericht, (author: Hunsche, U.), (l9Unl,"Cebirgsmect.an ik im Salz," 5. Zwischenber i cht , Mannover
(21) Hedley, D.G.F., (l967j,"An Appraisal of ConvergenceHeasuroments in Salt Mines," Proc. 4th Rock Mech.
(22) Thompson, E.G. and Ripperger, A., ( 1964 1 ,"An Experi¬mental Technique for the Investigation of the Flow ofHalite and Sylvinite, " Proceedings of the Sixt Symp .on Rock Hc-chanics, Rolla.
(23) Dawson, P.R. and J.R. Tillerson, (l977] , "Corapa ra t IveEvaluations of the Thermomechanlcal Responses forThree High Level Waste Canister Emplacement Alterna¬tives," SAND-77-038B.
(24) Hansen, F.D. and Hellegard, K.D., "Creep Behaviorof Bedded Salt from Southeastern New Mexico at Ele¬vated Temperature," Technical Memorandum ReportRSI-0062, RE/SPEC, Inc.
(25) Winkel, B.V., Gerstle ,K.H. and Ko, H. Y., (l972l,"Analysis of Time-Dependent Deformations of OpeningsIn Salt Media," Int. J.Rock Mech. Mln. Sci., 9,249-260.
(26) Serata, S., Sakural, S. and Adachi. T.. (l969l ,"Theory of aggregate rock behaviour on absolute threedimensional testing (ATT) of rock salt," Proc. 10thSymp. on Rock Mechanics, Austin, 431-473.
(27) Langer, M. u. Hofrlchter, E., (l969l , "Stands Icher-helt und Konvergenz von Salzkavernen , " Proc. Symp.Large permanent openings, Oslo, 147-156.
(28) Weertman, J., 1 1957 1 ."Steady-state creep throughdislocation climb," J. Appl. Phys., Vol 28.
(29) Heard, C.H., I 1972 1 ."Steady-state flow in polycris-talllne halite at pressure of 2 kllobars," Geophys .
Honogr. Series, Vol. 16.
(30) Wallner, M, Caninenberg. C, Gonther, H., [l979l."Ermlttlung zeit- und t erape ra turabhSng iger mechaiii-scher Kennwerte von Salzgestelnen , " Proc. 4 Int. Cnngr.Rock Mech., Vol. 1. Montreux.
(31) Weertman. J., Il955l ."Theory of steady-state creeobased on dislocation climb," J. Appl. Phys., Vol. 26.
(32) Heard, C.H., ( 1972 1 , "Steady-state flow in polycris-talllne halite at pressure of 2 kllobats," Geopliys.Monogr. Series, Vol. 16.
(33)
(34)
(35)
(36)
Munson, D.E., (l979l , "Prel imi nary de forma t lon-meclia-nism map for salt (with application to WIPP)," SandiaLabs., SAND-79-0076.
BGR-Forschungsbericht (author! Wallner, H.), (l98ûl,"Berechnung therr.iomechan ischer VorgSnge bel der End-lagerung hochrad loak t Iver Abfâlle In Salzgesteln , "Hannover ,
Herrmann, W., Wawerslk, W.R. and Lauson, H.S., (l980l,"Model for Transient Creep of Southeastern New MexicoRock Salt," Sandia Laboratories, SAND-80-2 1 72
Herrmann, W. , Wawerslk. W.R. and Lauson. H.S.,(l980l."Creep Curves and Fitting Parameters for SoutheasternNew Mexico Salt. " Sandia Laboratories, SAND-ao-0087 .
(37) Munson. D.E. and Dawson, P.R., I 19791, "ConstitutiveModel for the Low Temperature Creep of Salt (WitliApplication to WIPP)," Sandia Laboratories, SAND-79-1853.
(38) Loonen, J.H.E., Il962l, "Theoret Ische Berechnung derum elnen zy 1 Indrischen Hohlraum in eincm vlskoclas-t isch-plastischen Medium auftretenden Spannungen undVerschiebungen, " Central Proefstatlon v.d. Stats-mljnen Llmburg, Hoensbrock-Treebeck .
(39) Serata, S., I 1978 1, "Geomechanlcal Basis for Designof Underground Salt Cavities," ASME, 7B-PET-59, Ener¬gy Technology Conference t, Ex hlbitlon, Houst on, Texas
(4L, Lar. 36 r, M.Salz De charA a c h e fi .
l 1 978 1, "Grundzûge einer theoret l scheni , " Proc. 3. Nat. Tagung Fe t smechan lk .
(41) Carter. U.L. [ 1977 1 , "Petrof abr le Analyses of ttieDfrforKati-r. Behavior of Lyons. Kansas and JeffersonIsland. " Louisiana Rock Salt. Y/OWI /SUB-70/22 303/9 .
142) Mc Clain, W.C. and Starfield. A.M., ¡1977 1,"Analysis of Combined Effects , Project Salt Vault:Démonstration of the Disposal of High-Activity Soli¬dified Wjstiis in Underground Salt Mines, " Chapter 1 3 ,ORNL-4 55^ IJf. -70.
(4i) Hansen, F.D., [ 1977 1 , "Triaxial Quasi-Static Com¬pression dtiil Creep Behavior of Bedded Salt fromSoutheastKin New Mexico, "Technical Memorandum Re¬port RSI -Qui 5.
(44) Ratigan, J.L. and Callahan, G.D., ll978l , "Evaluationof the Prc'iiclive Capability of the Finite ElementMethod: II. Project Salt Vaul t-Thermov 1 sco-e la s 1 1 cSimulation, " Y/OWI /SUB-78/2 2 30 3/ 1 1 .
(45) Albrecht. H.. I 197 1 1 . "Rheologi sche und gefügekund-liche Uiili'rsuchungen beim Bau einer Krafthauskaverne,"Di ss . Un 1 K i ¤ 1 . 6 7.
(4L, Lar. 36 r, M.Salz De charA a c h e fi .
l 1 978 1, "Grundzûge einer theoret l scheni , " Proc. 3. Nat. Tagung Fe t smechan lk .
(41) Carter. U.L. [ 1977 1 , "Petrof abr le Analyses of ttieDfrforKati-r. Behavior of Lyons. Kansas and JeffersonIsland. " Louisiana Rock Salt. Y/OWI /SUB-70/22 303/9 .
142) Mc Clain, W.C. and Starfield. A.M., ¡1977 1,"Analysis of Combined Effects , Project Salt Vault:Démonstration of the Disposal of High-Activity Soli¬dified Wjstiis in Underground Salt Mines, " Chapter 1 3 ,ORNL-4 55^ IJf. -70.
(4i) Hansen, F.D., [ 1977 1 , "Triaxial Quasi-Static Com¬pression dtiil Creep Behavior of Bedded Salt fromSoutheastKin New Mexico, "Technical Memorandum Re¬port RSI -Qui 5.
(44) Ratigan, J.L. and Callahan, G.D., ll978l , "Evaluationof the Prc'iiclive Capability of the Finite ElementMethod: II. Project Salt Vaul t-Thermov 1 sco-e la s 1 1 cSimulation, " Y/OWI /SUB-78/2 2 30 3/ 1 1 .
(45) Albrecht. H.. I 197 1 1 . "Rheologi sche und gefügekund-liche Uiili'rsuchungen beim Bau einer Krafthauskaverne,"Di ss . Un 1 K i ¤ 1 . 6 7.
16
2 - LES PROPRIETES SPECIFIQUES OU PARTICULIERES DU SEL
Les gisements de sel constituent une des formations hôtes qui
sont retenues pour le stockage des déchets radioactifs, à cause en
particulier des propriétés uniques de ce matériau (F. DJAHANGUIRI and
S.C. MATTHEWS, 1985), qui contribuent à sa capacité de confinement :
- le comportement plastique du sel contribue à l'auto-fermeture des
cavités et des vides résiduels,
- le sel a une grande conductivité thermique comparé à la quasi-tota¬
lité des autres roches (roches cristallines et argileuses).
De plus, il possède d'autres propriétés favorables en tant que
formation hôte pour un stockage :
- très faible perméabilité,
- faible porosité,
- en général sec et isolé des circulations d'eau souterraine,
- la structure géologique du sel est relativement simple, dans le cas
de sel en couches,
- il est facile de 1 'excaver.
D'autres propriétés sont au contraire défavorables :
- grande solubilité dans l'eau,
- faible résistance à la compression instantanée (de 10 à 40 MPa),
- faible densité (entre 2,10 et 2,23 g/cm' selon P.C. KELSALL (1985),
le plus souvent 2,16 g/cm').
16
2 - LES PROPRIETES SPECIFIQUES OU PARTICULIERES DU SEL
Les gisements de sel constituent une des formations hôtes qui
sont retenues pour le stockage des déchets radioactifs, à cause en
particulier des propriétés uniques de ce matériau (F. DJAHANGUIRI and
S.C. MATTHEWS, 1985), qui contribuent à sa capacité de confinement :
- le comportement plastique du sel contribue à l'auto-fermeture des
cavités et des vides résiduels,
- le sel a une grande conductivité thermique comparé à la quasi-tota¬
lité des autres roches (roches cristallines et argileuses).
De plus, il possède d'autres propriétés favorables en tant que
formation hôte pour un stockage :
- très faible perméabilité,
- faible porosité,
- en général sec et isolé des circulations d'eau souterraine,
- la structure géologique du sel est relativement simple, dans le cas
de sel en couches,
- il est facile de 1 'excaver.
D'autres propriétés sont au contraire défavorables :
- grande solubilité dans l'eau,
- faible résistance à la compression instantanée (de 10 à 40 MPa),
- faible densité (entre 2,10 et 2,23 g/cm' selon P.C. KELSALL (1985),
le plus souvent 2,16 g/cm').
17
2.1. - Le conflit entre essais de laboratoire et essais in-situ
L'interprétation des expériences de laboratoire seules ne
conduit pas à une loi rhéologique représentative du comportement in-
situ.
Les résultats des études de laboratoire surestiment, en
général, les capacités réelles du sel à supporter les charges engendrées
par le creusement d'un ouvrage souterrain.
Par exemple, au laboratoire, même pour un essai lent, le sel
ne casse pas en général avant une charge de 20 MPa. Or in-situ, l'étude
de la tectonique salifère montre que le sel est pratiquement incapable
de supporter sans fluage considérable un déviateur de quelques bars
(BEREST, 1984).
D'autre part, les données expérimentales fournies par des
laboratoires distincts sont très dispersées, même pour des échantillons
ayant exactement la même origine.
L'effet d'échelle dans les dimensions de l'échantillon est
familier au mécanicien des roches : dans le cas du sel gemme, la taille
des cristaux est variable et souvent centimétrique, ce qui est loin
d'être négligeable par rapport aux dimensions de l'éprouvette. De plus
in-situ, le massif salifère présente souvent des hétérogénéités, telles
que des couches d'autres matériaux (argiles, anhydrites,...)
intercalées, qui viennent perturber les propriétés propres du sel gemme.
Cependant, dans le cas présent, c'est surtout l'effet d'échelle sur le
temps qui est à prendre en compte (BEREST, 1984). On tente en effet de
saisir par des expériences nécessairement courtes (quelques jours ou
parfois quelques mois) un comportement dans lequel les effets différés
sont prépondérants.
B. LADANYI (1983) donne de son côté un autre argument pour
étudier le sel in-situ, plutôt qu'en laboratoire : il a été montré que
le sel présente un comportement initial non linéaire sous compression,
comportement dû à la fermeture et au glissement de micro-fractures.
17
2.1. - Le conflit entre essais de laboratoire et essais in-situ
L'interprétation des expériences de laboratoire seules ne
conduit pas à une loi rhéologique représentative du comportement in-
situ.
Les résultats des études de laboratoire surestiment, en
général, les capacités réelles du sel à supporter les charges engendrées
par le creusement d'un ouvrage souterrain.
Par exemple, au laboratoire, même pour un essai lent, le sel
ne casse pas en général avant une charge de 20 MPa. Or in-situ, l'étude
de la tectonique salifère montre que le sel est pratiquement incapable
de supporter sans fluage considérable un déviateur de quelques bars
(BEREST, 1984).
D'autre part, les données expérimentales fournies par des
laboratoires distincts sont très dispersées, même pour des échantillons
ayant exactement la même origine.
L'effet d'échelle dans les dimensions de l'échantillon est
familier au mécanicien des roches : dans le cas du sel gemme, la taille
des cristaux est variable et souvent centimétrique, ce qui est loin
d'être négligeable par rapport aux dimensions de l'éprouvette. De plus
in-situ, le massif salifère présente souvent des hétérogénéités, telles
que des couches d'autres matériaux (argiles, anhydrites,...)
intercalées, qui viennent perturber les propriétés propres du sel gemme.
Cependant, dans le cas présent, c'est surtout l'effet d'échelle sur le
temps qui est à prendre en compte (BEREST, 1984). On tente en effet de
saisir par des expériences nécessairement courtes (quelques jours ou
parfois quelques mois) un comportement dans lequel les effets différés
sont prépondérants.
B. LADANYI (1983) donne de son côté un autre argument pour
étudier le sel in-situ, plutôt qu'en laboratoire : il a été montré que
le sel présente un comportement initial non linéaire sous compression,
comportement dû à la fermeture et au glissement de micro-fractures.
18
développées dans l'échantillon par décompression lors de. la préparation
de l'éprouvette ; ceci est vrai pour la majorité des matériaux, mais
particulièrement marqué pour le sel. Ainsi, le comportement observé ne
rendrait pas compte du véritable comportement du sel in-situ.
De la même manière, si l'histoire des précharges d'un échan¬
tillon n'est pas connue (Z. GUESSOUS, B. LADANYI, D.E. GILL, 1984) ou
s'il n'en est pas tenu compte, les propriétés contrainte-déformation du
sel obtenues au laboratoire peuvent être différentes de celles' observées
in-situ.
Pour les études en laboratoire, il faut apporter beaucoup de
soins au prélèvement des échantillons, en particulier pour les conserver
dans le même état de confinement (contrainte), de température et d'humi¬
dité.
Dans tous les cas, les résultats des essais in-situ sont
indispensables (P. BEREST, 1981).
Une liste des paramètres susceptibles d'influencer le compor¬
tement d'une cavité profonde peut être établie a priori :
- profondeur des cavités (conditionnant l'état de contrainte) ;
- valeur moyenne et variations de la pression intérieure ;
- foirme de la cavité ;
- nature des couches de terrain surincombantes ;
- voisinage éventuel d'autres cavités.
Selon BEREST (1981), on peut postuler sous réserve des leçons
d'un inventaire plus complet, que le comportement est pour l'essentiel
indépendant du site considéré, pour ce qui concerne les cavités
réalisées en France pour le stockage d'hydrocarbure.
Par contre, les propriétés microscopiques (différences de
structure et de composition) influencent fortement le comportement
mécanique en laboratoire, comportement qui est difficilement transpo¬
sable in-situ. Cette opinion est cependant contredite par HUGOUT (1983)
<
18
développées dans l'échantillon par décompression lors de. la préparation
de l'éprouvette ; ceci est vrai pour la majorité des matériaux, mais
particulièrement marqué pour le sel. Ainsi, le comportement observé ne
rendrait pas compte du véritable comportement du sel in-situ.
De la même manière, si l'histoire des précharges d'un échan¬
tillon n'est pas connue (Z. GUESSOUS, B. LADANYI, D.E. GILL, 1984) ou
s'il n'en est pas tenu compte, les propriétés contrainte-déformation du
sel obtenues au laboratoire peuvent être différentes de celles' observées
in-situ.
Pour les études en laboratoire, il faut apporter beaucoup de
soins au prélèvement des échantillons, en particulier pour les conserver
dans le même état de confinement (contrainte), de température et d'humi¬
dité.
Dans tous les cas, les résultats des essais in-situ sont
indispensables (P. BEREST, 1981).
Une liste des paramètres susceptibles d'influencer le compor¬
tement d'une cavité profonde peut être établie a priori :
- profondeur des cavités (conditionnant l'état de contrainte) ;
- valeur moyenne et variations de la pression intérieure ;
- foirme de la cavité ;
- nature des couches de terrain surincombantes ;
- voisinage éventuel d'autres cavités.
Selon BEREST (1981), on peut postuler sous réserve des leçons
d'un inventaire plus complet, que le comportement est pour l'essentiel
indépendant du site considéré, pour ce qui concerne les cavités
réalisées en France pour le stockage d'hydrocarbure.
Par contre, les propriétés microscopiques (différences de
structure et de composition) influencent fortement le comportement
mécanique en laboratoire, comportement qui est difficilement transpo¬
sable in-situ. Cette opinion est cependant contredite par HUGOUT (1983)
<
19
dont les résultats obtenus in-situ ont permis d'ajuster les paramètres
de la loi de comportement mécanique, en accord avec les tests réalisés
en laboratoire. Selon cet auteur, le comportement mécanique d'une cavité
peut être totalement différent d'un site à un autre, en fonction de la
nature même du sel (cristallisation, présence d'impuretés, ...).
2.2. - Caractéristiques mécaniques
Nous avons rassemblé dans le tableau ci-après, une série de
valeurs des caractéristiques élastiques du sel gemme. Si, en général, la
valeur du module de déformabilité (ou module d' YOUNG : E) se situe entre
20.000 MPa et 35.000 MPa, on rencontre dans quelques cas des valeurs
nettement plus faibles (1.380 MPa et 6.600 MPa), valeurs obtenues
in-situ. On peut cependant dire qu'en général c'est une caractéristique
du sel, d'avoir une faible déformabilité et que celle-ci semble être
indépendante du site considéré (F.D. HANSEN, 1984).
La résistance à la compression simple est relativement faible
et reste comprise entre 10 et 30 MPa, tandis que la résistance à la
traction (Brésilien) est de l'ordre de 1,5 à 2,5 MPa.
On observe enfin pour ce qui conceme les caractéristiques
plastiques, un bon accord pour les valeurs de la cohésion -de 1,5 à
2 MPa-, mais par contre, une extrême dispersion pour l'angle de frot¬
tement inteme qui peut varier de 0* (BEREST, 1984-pp.555, VOUILLE,
1984-PP.408) à 49* (DJAHANGUIRI, 1985) et même 60* (F.D. HANSEN, 1984).
Cette dispersion des résultats s'explique par la méthode de
mesure : les faibles valeurs de l'angle de frottement découlent d'essais
uniaxiaux et tricixiaux de fluage, donc â long terme, tandis que des
essais de compression uniaxiaux ou triaxiaux classiques donnent des
valeurs beaucoup plus élevées.
19
dont les résultats obtenus in-situ ont permis d'ajuster les paramètres
de la loi de comportement mécanique, en accord avec les tests réalisés
en laboratoire. Selon cet auteur, le comportement mécanique d'une cavité
peut être totalement différent d'un site à un autre, en fonction de la
nature même du sel (cristallisation, présence d'impuretés, ...).
2.2. - Caractéristiques mécaniques
Nous avons rassemblé dans le tableau ci-après, une série de
valeurs des caractéristiques élastiques du sel gemme. Si, en général, la
valeur du module de déformabilité (ou module d' YOUNG : E) se situe entre
20.000 MPa et 35.000 MPa, on rencontre dans quelques cas des valeurs
nettement plus faibles (1.380 MPa et 6.600 MPa), valeurs obtenues
in-situ. On peut cependant dire qu'en général c'est une caractéristique
du sel, d'avoir une faible déformabilité et que celle-ci semble être
indépendante du site considéré (F.D. HANSEN, 1984).
La résistance à la compression simple est relativement faible
et reste comprise entre 10 et 30 MPa, tandis que la résistance à la
traction (Brésilien) est de l'ordre de 1,5 à 2,5 MPa.
On observe enfin pour ce qui conceme les caractéristiques
plastiques, un bon accord pour les valeurs de la cohésion -de 1,5 à
2 MPa-, mais par contre, une extrême dispersion pour l'angle de frot¬
tement inteme qui peut varier de 0* (BEREST, 1984-pp.555, VOUILLE,
1984-PP.408) à 49* (DJAHANGUIRI, 1985) et même 60* (F.D. HANSEN, 1984).
Cette dispersion des résultats s'explique par la méthode de
mesure : les faibles valeurs de l'angle de frottement découlent d'essais
uniaxiaux et tricixiaux de fluage, donc â long terme, tandis que des
essais de compression uniaxiaux ou triaxiaux classiques donnent des
valeurs beaucoup plus élevées.
20
VALEURS DU MODULE D'YOUNG ET DU COEFFICIENT DE POISSON DU SEL
D'APRES DIFFERENTS AUTEURS
AUTEURS
BEREST 1981
LADANYI 1983
LIEDTKE 1985
NELSON
(1982)
SENSENY
(1984)
KELSALL
(1983)
ROHR (1974)
LOKEN (1983)
BOUCLY 1981
DJAHANGUIRI
(1983)
F.D. HANSEN
(1984)
P.E. SENSENY
(1986)
SITES
Tersarme (France)
Gorleben statique(RFA) dynâiique
Gibson DoieUTAH (E.U.)
4 sites (E.U.)
D6ies de se1
(Golfe du Mexique) (E.U.)
Kiel(RFA)
Tersanne (France)
Texas (E.U.)
10 sites différents(E.U.) Avery Island
Se] en couchePalo Duro 25*C
lOO'C
E (HPa)
20 000
20 000
25 000
36 000
6 600
29 000
37 000
30 600
26 400
27 100
28 700
30 000
20 000
17 500
1 379
20 000
19 000
33 400
30 000
27 500
31 100
29 900
V
0,25
0,40
0,27
0,30
0.380,270,320,31
0,35
0,40
0,25
0,240,41
0,35
0,26
0,41
in-situ
laboratoirein-situ(nesures 9éophysiques)
laboratoireft
ft
11
laboratoire
in-situ
laboratoire
laboratoire
laboratoire
laboratoire
20
VALEURS DU MODULE D'YOUNG ET DU COEFFICIENT DE POISSON DU SEL
D'APRES DIFFERENTS AUTEURS
AUTEURS
BEREST 1981
LADANYI 1983
LIEDTKE 1985
NELSON
(1982)
SENSENY
(1984)
KELSALL
(1983)
ROHR (1974)
LOKEN (1983)
BOUCLY 1981
DJAHANGUIRI
(1983)
F.D. HANSEN
(1984)
P.E. SENSENY
(1986)
SITES
Tersarme (France)
Gorleben statique(RFA) dynâiique
Gibson DoieUTAH (E.U.)
4 sites (E.U.)
D6ies de se1
(Golfe du Mexique) (E.U.)
Kiel(RFA)
Tersanne (France)
Texas (E.U.)
10 sites différents(E.U.) Avery Island
Se] en couchePalo Duro 25*C
lOO'C
E (HPa)
20 000
20 000
25 000
36 000
6 600
29 000
37 000
30 600
26 400
27 100
28 700
30 000
20 000
17 500
1 379
20 000
19 000
33 400
30 000
27 500
31 100
29 900
V
0,25
0,40
0,27
0,30
0.380,270,320,31
0,35
0,40
0,25
0,240,41
0,35
0,26
0,41
in-situ
laboratoirein-situ(nesures 9éophysiques)
laboratoireft
ft
11
laboratoire
in-situ
laboratoire
laboratoire
laboratoire
laboratoire
21
2.3. - Densité
Le sel a, dès sa genèse, une porosité (n) très faible. Elle
est dans la plus grande partie des cas inférieure à 5 %. La densité,
dont la valeur est directement liée à celle de la porosité, présente
donc un domaine de variation relativement peu étendu.
A partir de 44 mesures, dont l'histogramme est représenté sur
la figure ci-après, L. CHARO et P. HABIB ont obtenu, pour le sel du
bassin de Bresse, une densité moyenne de 2,18.
n ;
24
20
16
12
8
4
0
L
~
'^//.'L
i////
1m ¡i)))i
n =44
Pmoy =2,18
vnnn ^-
2.13 2,16 2,19 2,22 2,25 2.28 2.31 2,34
Figure II 1.2 - Densité du sel (Etrez-Bassin de la Bresse)
Unité 1 (715 - 1040 m)
(d'après L. CHARO et P. HABIB, 1987)
21
2.3. - Densité
Le sel a, dès sa genèse, une porosité (n) très faible. Elle
est dans la plus grande partie des cas inférieure à 5 %. La densité,
dont la valeur est directement liée à celle de la porosité, présente
donc un domaine de variation relativement peu étendu.
A partir de 44 mesures, dont l'histogramme est représenté sur
la figure ci-après, L. CHARO et P. HABIB ont obtenu, pour le sel du
bassin de Bresse, une densité moyenne de 2,18.
n ;
24
20
16
12
8
4
0
L
~
'^//.'L
i////
1m ¡i)))i
n =44
Pmoy =2,18
vnnn ^-
2.13 2,16 2,19 2,22 2,25 2.28 2.31 2,34
Figure II 1.2 - Densité du sel (Etrez-Bassin de la Bresse)
Unité 1 (715 - 1040 m)
(d'après L. CHARO et P. HABIB, 1987)
Les échantillons qui ont fait l'objet d'une m^esure de densité
couvrent la zone comprise entre 867 m et 1 021 m du secteur d'Etrez.
Leur porosité et teneur en eau sont inférieures à 2 %. C'est la présence
d'éléments insolubles (carbonates, argiles, anhydrite, célestite
[environ 10 %]) qui explique cette valeur de la densité moyenne un peu
plus forte que la valeur moyenne typique habituelle de 2,16.
La figure suivante donne la variation de la densité en fonc¬
tion de la température.
1.0
1,5
UJH;vi
s 2,0
T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r
2,51 :_i I I I I , I I I I I L_-200 0 200 400 600 800 100Ü
temperatureC°c)
Figure II. 2 - Densité de la halite en fonction dela température (d'après W.C. Gussow - 1968)
(d'après L. CHARO et P. HABIB, 1987)
On peut constater qu'entre les températures de 30°C (tempéra¬
ture du sel d'une couche située à environ 500 m de profondeur) et de
220*C (température maximum atteinte au voisinage immédiat des déchets
vitrifiés lors d'un stockage), l'influence de la température sur la
densité est relativement faible.
Les échantillons qui ont fait l'objet d'une m^esure de densité
couvrent la zone comprise entre 867 m et 1 021 m du secteur d'Etrez.
Leur porosité et teneur en eau sont inférieures à 2 %. C'est la présence
d'éléments insolubles (carbonates, argiles, anhydrite, célestite
[environ 10 %]) qui explique cette valeur de la densité moyenne un peu
plus forte que la valeur moyenne typique habituelle de 2,16.
La figure suivante donne la variation de la densité en fonc¬
tion de la température.
1.0
1,5
UJH;vi
s 2,0
T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r
2,51 :_i I I I I , I I I I I L_-200 0 200 400 600 800 100Ü
temperatureC°c)
Figure II. 2 - Densité de la halite en fonction dela température (d'après W.C. Gussow - 1968)
(d'après L. CHARO et P. HABIB, 1987)
On peut constater qu'entre les températures de 30°C (tempéra¬
ture du sel d'une couche située à environ 500 m de profondeur) et de
220*C (température maximum atteinte au voisinage immédiat des déchets
vitrifiés lors d'un stockage), l'influence de la température sur la
densité est relativement faible.
23
2.4. - Porosité
La porosité est généralement d'un faible intérêt en elle-même,
mais elle a, par contre, une influence sur la perméabilité
(P.C. KELSALL, 1985). Une valeur représentative est de l'ordre de 1 %
avec un éventail allant de 0,2 % à 6 %. Ainsi, des mesures de porosité
réalisés sur 17 échantillons provenant de 4 sites différents (des mines
situées aux Etats-Unis et au Canada) ont donné des valeurs comprises
entre 0,62 % et 7,17% (AUFRICHT, 1961).
2.5. - Teneur en eau
Les mesures de l'eau contenue dans le sel donnent des valeurs
très faibles, généralement moins de 1 % et fréquemment moins de 0,1 %
(KELSALL, 1985), 90 % des échantillons ont une teneur inférieure à
0,4 %.
Cette eau se présente sous trois formes : l'eau des minéraux
hydratés, l'eau adsorbée et l'eau interstitielle. 99 % de cette eau est
de l'eau de constitution et inclusions (polyhalite et kieserite).
L'effet thermique consécutif au stockage peut dans certaines
conditions favoriser la migration d'une partie de cette eau. L'analyse
et la compréhension des phénomènes hydrauliques au sein de la formation
hôte salifère pour un stockage, permet d'évaluer les conditions d'accès
des fluides présents (saumure, inclusions, eau libre, ...) vers les
colis de déchets, afin d'étudier les possibilités de corrosion puis de
libération éventuelle de radioéléments.
2.6. - Perméabilité
On considère souvent le sel comme pratiquement imperméable,
mais les m.esures effectuées sont très variables d'un site à un autre et
dépendent beaucoup de la méthode de mesure utilisée. Le sel sec à faible
profondeur est par exemple perméable et poreux. On estime que la circu¬
lation de fluide responsable de la pennéabilité se fait le long des
limites de cristaux, des plans de clivage et à travers les couches
d'argiles et autres impuretés.
23
2.4. - Porosité
La porosité est généralement d'un faible intérêt en elle-même,
mais elle a, par contre, une influence sur la perméabilité
(P.C. KELSALL, 1985). Une valeur représentative est de l'ordre de 1 %
avec un éventail allant de 0,2 % à 6 %. Ainsi, des mesures de porosité
réalisés sur 17 échantillons provenant de 4 sites différents (des mines
situées aux Etats-Unis et au Canada) ont donné des valeurs comprises
entre 0,62 % et 7,17% (AUFRICHT, 1961).
2.5. - Teneur en eau
Les mesures de l'eau contenue dans le sel donnent des valeurs
très faibles, généralement moins de 1 % et fréquemment moins de 0,1 %
(KELSALL, 1985), 90 % des échantillons ont une teneur inférieure à
0,4 %.
Cette eau se présente sous trois formes : l'eau des minéraux
hydratés, l'eau adsorbée et l'eau interstitielle. 99 % de cette eau est
de l'eau de constitution et inclusions (polyhalite et kieserite).
L'effet thermique consécutif au stockage peut dans certaines
conditions favoriser la migration d'une partie de cette eau. L'analyse
et la compréhension des phénomènes hydrauliques au sein de la formation
hôte salifère pour un stockage, permet d'évaluer les conditions d'accès
des fluides présents (saumure, inclusions, eau libre, ...) vers les
colis de déchets, afin d'étudier les possibilités de corrosion puis de
libération éventuelle de radioéléments.
2.6. - Perméabilité
On considère souvent le sel comme pratiquement imperméable,
mais les m.esures effectuées sont très variables d'un site à un autre et
dépendent beaucoup de la méthode de mesure utilisée. Le sel sec à faible
profondeur est par exemple perméable et poreux. On estime que la circu¬
lation de fluide responsable de la pennéabilité se fait le long des
limites de cristaux, des plans de clivage et à travers les couches
d'argiles et autres impuretés.
7/
10-e
lO-isl i
HELIUM (FROM REYNOLDS S GLOYNA , I960)
_L _L
£
10'
10'
10''
001 0.1 1.0 10
NET CONFINING STRESS (0^^) - MPa
Fipure 5. Permeability of Salt as a Function of Hydrostatic Cor.fining Pressure.
100
cc<UJSc:
C lO '
10-
I
/y
DOME SALT
:OTE BLANCHE (GOLCER, 1977)
T TATUM ( WES , 1963)
A GOAND SALINE ( REYNOLDS 6GLOYNA , 1960 )
BEDIED SAL'
D HUTCHINSON (REYNOLDS ÔGLCYNA , i960)
O nea MEXICO ;sutherlano aCAVE , 1980)
OiT.: rOR CCMfi^EO SOUPLES Oivir
d'aprèsP.C. KELSALL (1983)
(1 md Oi 10"'' 5 ^2)
4 6
POROSITY ( 7o )
a 10
Figure 6. Permeability of Confined Done and Bedded Salt as a Function ofPorosity.
7/
10-e
lO-isl i
HELIUM (FROM REYNOLDS S GLOYNA , I960)
_L _L
£
10'
10'
10''
001 0.1 1.0 10
NET CONFINING STRESS (0^^) - MPa
Fipure 5. Permeability of Salt as a Function of Hydrostatic Cor.fining Pressure.
100
cc<UJSc:
C lO '
10-
I
/y
DOME SALT
:OTE BLANCHE (GOLCER, 1977)
T TATUM ( WES , 1963)
A GOAND SALINE ( REYNOLDS 6GLOYNA , 1960 )
BEDIED SAL'
D HUTCHINSON (REYNOLDS ÔGLCYNA , i960)
O nea MEXICO ;sutherlano aCAVE , 1980)
OiT.: rOR CCMfi^EO SOUPLES Oivir
d'aprèsP.C. KELSALL (1983)
(1 md Oi 10"'' 5 ^2)
4 6
POROSITY ( 7o )
a 10
Figure 6. Permeability of Confined Done and Bedded Salt as a Function ofPorosity.
25
Les valeurs de la pennéabilité mesurées in-situ dans les dômes
de sel des E.U. se trouvent généralement comprises entre 9,8.10 m' et_1 7 _1 8
1.10 m' (KELSALL, 1983). On considère que 1.10 m* est une valeur
moyenne. Au laboratoire, les valeurs obtenues ont une limite inférieure
identique, mais par contre peuvent atteindre 4.10 m* (KELSALL, 1985).
Une série de mesures effectuées sur 34 échantillons, au gaz sec, donne_2 0 _1 8
des valeurs comprises entre 9.10 m^ et 7.10 m*. Lorsqu'on augmente
la pression d'injection de 0,7 MPa à 5,5 MPa, la pennéabilité est
réduite de 10 à 100 fois (AUFRICHT et HOWARD, 1961).
Mesurée avec une saumure par les mêmes auteurs, la perméabi¬
lité diminue de manière drastique, en fonction du temps, pour atteindre
parfois une perméabilité nulle au bout de quelques dizaines d'heures. Ce
phénomène est dû à la recristallisation du sel et au nouveau dépôt
d'impuretés inhérentes dans le sel.
Les différences observées entre les mesures en laboratoire et
in-situ peuvent être attribuées aux perturbations de l'échantillon,
provoquées par le prélèvement et le transport et par la perte du confi¬
nement. En effet, les mesures de perméabilité réalisées en laboratoire
peuvent varier de plusieurs ordres de grandeur, en fonction de la
contrainte de confinement qui elle-même engendre des variations de la
porosité (KELSALL). Ainsi, pour une pression de confinement passant de
0,1 à 10 MPa, la perméabilité se trouve divisée par 100 (CJ. PEACH and
ail. 1985). On observe de même une variation similaire de la
perméabilité pour des échantillons dont la porosité varie de 5 % à 1 %,
Comme on vient de le voir on peut mesurer la perméabilité du
sel soit au gaz soit à la saumure. Dans chacun des cas on peut utiliser
soit la technique de l'écoulement permanent (loi de Darcy) soit la
technique du puise-test qui est préférable dans le cas des faibles
perméabilités.
25
Les valeurs de la pennéabilité mesurées in-situ dans les dômes
de sel des E.U. se trouvent généralement comprises entre 9,8.10 m' et_1 7 _1 8
1.10 m' (KELSALL, 1983). On considère que 1.10 m* est une valeur
moyenne. Au laboratoire, les valeurs obtenues ont une limite inférieure
identique, mais par contre peuvent atteindre 4.10 m* (KELSALL, 1985).
Une série de mesures effectuées sur 34 échantillons, au gaz sec, donne_2 0 _1 8
des valeurs comprises entre 9.10 m^ et 7.10 m*. Lorsqu'on augmente
la pression d'injection de 0,7 MPa à 5,5 MPa, la pennéabilité est
réduite de 10 à 100 fois (AUFRICHT et HOWARD, 1961).
Mesurée avec une saumure par les mêmes auteurs, la perméabi¬
lité diminue de manière drastique, en fonction du temps, pour atteindre
parfois une perméabilité nulle au bout de quelques dizaines d'heures. Ce
phénomène est dû à la recristallisation du sel et au nouveau dépôt
d'impuretés inhérentes dans le sel.
Les différences observées entre les mesures en laboratoire et
in-situ peuvent être attribuées aux perturbations de l'échantillon,
provoquées par le prélèvement et le transport et par la perte du confi¬
nement. En effet, les mesures de perméabilité réalisées en laboratoire
peuvent varier de plusieurs ordres de grandeur, en fonction de la
contrainte de confinement qui elle-même engendre des variations de la
porosité (KELSALL). Ainsi, pour une pression de confinement passant de
0,1 à 10 MPa, la perméabilité se trouve divisée par 100 (CJ. PEACH and
ail. 1985). On observe de même une variation similaire de la
perméabilité pour des échantillons dont la porosité varie de 5 % à 1 %,
Comme on vient de le voir on peut mesurer la perméabilité du
sel soit au gaz soit à la saumure. Dans chacun des cas on peut utiliser
soit la technique de l'écoulement permanent (loi de Darcy) soit la
technique du puise-test qui est préférable dans le cas des faibles
perméabilités.
26
Plusieurs hypothèses sont inhérentes à cette dernière méthode
et en particulier :
- La loi de Darcy pour l'écoulement laminaire est respectée
- Le volume du système demeure constant, et en particulier
l'espace poreux n'est pas modifié par la pression de gaz
- L'effet Klinkenberg est négligeable ou inexistant.
L'effet Klinkenberg rend compte du phénomène suivant : l'écou¬
lement d'un gaz compressible dans des conduits étroits (pores très
petits, conduits capillaires) ne suit pas la loi de Darcy ; le débit
dépend non seulement du gradient de pression appliqué mais aussi de la
pression moyenne du gaz, ce qui conduit souvent à des valeurs de la
perméabilité apparente, pour les matériaux à pores très petits, nette¬
ment plus grandes que celles obtenues avec un liquide. Cette observation
est expliquée par un mécanisme de "glissement", tel que la vitesse
moyenne des molécules de gaz sur la surface des conduits n'est pas égale
à zéro (les propriétés d'un écoulement de Darcy sont : un écoulement
laminaire et visqueux parallèle à la surface du conduit, la vitesse
moyenne étant nulle sur cette surface). Ce phénomène qui est relié au
libre parcours moyen des molécules de gaz, augmente le débit de
l'écoulement quand le diamètre des conduits (pores) est plus petit que
le libre parcours moyen et quand la pression de gaz est faible . On peut
dire en conclusion que la perméabilité apparente, pour les pressions de
gaz habituellement utilisées, diffère de moins de 8 % de celle mesurée
avec un liquide, pour les échantillons de sel (mine de ASSE) dont la-20perméabilité est inférieure à 10 m* .
Les diferentes méthodes de mesure de la perméabilité supposent
qu'il n'y a aucune interaction entre le fluide et l'échantillon. Ceci
peut ne pas être le cas lorsqu'on utilise la saumure pour mesurer la
perméabilité de la roche saline. Des interactions electrovisqueuses et
chimiques peuvent modifier l'écoulement pour des échantillons de faible
perméabilité.
26
Plusieurs hypothèses sont inhérentes à cette dernière méthode
et en particulier :
- La loi de Darcy pour l'écoulement laminaire est respectée
- Le volume du système demeure constant, et en particulier
l'espace poreux n'est pas modifié par la pression de gaz
- L'effet Klinkenberg est négligeable ou inexistant.
L'effet Klinkenberg rend compte du phénomène suivant : l'écou¬
lement d'un gaz compressible dans des conduits étroits (pores très
petits, conduits capillaires) ne suit pas la loi de Darcy ; le débit
dépend non seulement du gradient de pression appliqué mais aussi de la
pression moyenne du gaz, ce qui conduit souvent à des valeurs de la
perméabilité apparente, pour les matériaux à pores très petits, nette¬
ment plus grandes que celles obtenues avec un liquide. Cette observation
est expliquée par un mécanisme de "glissement", tel que la vitesse
moyenne des molécules de gaz sur la surface des conduits n'est pas égale
à zéro (les propriétés d'un écoulement de Darcy sont : un écoulement
laminaire et visqueux parallèle à la surface du conduit, la vitesse
moyenne étant nulle sur cette surface). Ce phénomène qui est relié au
libre parcours moyen des molécules de gaz, augmente le débit de
l'écoulement quand le diamètre des conduits (pores) est plus petit que
le libre parcours moyen et quand la pression de gaz est faible . On peut
dire en conclusion que la perméabilité apparente, pour les pressions de
gaz habituellement utilisées, diffère de moins de 8 % de celle mesurée
avec un liquide, pour les échantillons de sel (mine de ASSE) dont la-20perméabilité est inférieure à 10 m* .
Les diferentes méthodes de mesure de la perméabilité supposent
qu'il n'y a aucune interaction entre le fluide et l'échantillon. Ceci
peut ne pas être le cas lorsqu'on utilise la saumure pour mesurer la
perméabilité de la roche saline. Des interactions electrovisqueuses et
chimiques peuvent modifier l'écoulement pour des échantillons de faible
perméabilité.
27
Pour des échantillons dont la perméabilité à la saumure est-20inférieure à 10 m* on utilise la méthode du puise-test ; pour des
perméabilités plus grandes on utilise la méthode de l'écoulement
permanent.
Les mesures effectuées montrent que la perméabilité à la
saumure est très voisine de la perraéabilité au gaz pour une même
pression de confinement.
On observe généralement une décroissance de la perméabilité en
fonction du temps, décroissance qui dépend :
- du débit de saumure et/ou du gradient de pression
- du domaine choisi pour la pression de confinement.
17 r
-18
>-
i-"m«tUJs:zr.UJo.
-20
o
-21
am
Specimen Nî[Jar BDR6
b= BCR5c= BOR 4.
d= BOR 3e= SPU3f= SPH2g= SPU1h= SPUO/r SP139y- SP13S*= mean valuesfor SP136 lo]data sets k,l,m.
JL J2L5 5Û 7.5 10
CONFINING PRESSURE (MPa)
(d'après CJ. PEACH and ail. 1985)
27
Pour des échantillons dont la perméabilité à la saumure est-20inférieure à 10 m* on utilise la méthode du puise-test ; pour des
perméabilités plus grandes on utilise la méthode de l'écoulement
permanent.
Les mesures effectuées montrent que la perméabilité à la
saumure est très voisine de la perraéabilité au gaz pour une même
pression de confinement.
On observe généralement une décroissance de la perméabilité en
fonction du temps, décroissance qui dépend :
- du débit de saumure et/ou du gradient de pression
- du domaine choisi pour la pression de confinement.
17 r
-18
>-
i-"m«tUJs:zr.UJo.
-20
o
-21
am
Specimen Nî[Jar BDR6
b= BCR5c= BOR 4.
d= BOR 3e= SPU3f= SPH2g= SPU1h= SPUO/r SP139y- SP13S*= mean valuesfor SP136 lo]data sets k,l,m.
JL J2L5 5Û 7.5 10
CONFINING PRESSURE (MPa)
(d'après CJ. PEACH and ail. 1985)
28
La figure ci-dessus donne les valeurs de la perméabilité
mesurée au gaz (Argon) sur des échantillons prélevés à 800 m de
profondeur dans la mine de ASSE (R.F.A.). Les mesures réalisées sur
l'échantillon SP136 (points k,l,m) montrent que la perméabilité décroit
quand la pression de confinement augmente et tend vers une valeur
asymptotique pour une pression de confinement qui correspond
approximativement à la pression lithostatique (~ 18 MPa). Cette valeur-21asymptotique (3.10 m*) peut être considérée comme la perméabilité du
matériau non remanié, c'est-à-dire la perméabilité "in-situ".
Les valeurs plus élevées de la perméabilité (points a,b,e)
correspondent à des échantillons prélevés près de la paroi. Au contraire
les valeurs les plus faibles (points f,g, h,i,j) correspondent à des
échantillons prélevés en profondeur dans un forage et qui sont donc
moins remaniés.
La figure suivante montre l'influence de la déformation subie
par l'échantillon sur la valeur de la perméabilité. La perméabilité-21 -21intiale de ces échantillons est comprise entre 1.10 m* et 3.10 m*
pour une pression de confinement de 5 MPa, et la vitesse de déformation
est la même pour chacun : 3.10 s
La perméabilité croit exponentiellement pour les premiers 4 %
de déformation et tend asymptotiquement vers une valeur limite de
3.10 m* environ pour une déformation permanente de 10 %.
28
La figure ci-dessus donne les valeurs de la perméabilité
mesurée au gaz (Argon) sur des échantillons prélevés à 800 m de
profondeur dans la mine de ASSE (R.F.A.). Les mesures réalisées sur
l'échantillon SP136 (points k,l,m) montrent que la perméabilité décroit
quand la pression de confinement augmente et tend vers une valeur
asymptotique pour une pression de confinement qui correspond
approximativement à la pression lithostatique (~ 18 MPa). Cette valeur-21asymptotique (3.10 m*) peut être considérée comme la perméabilité du
matériau non remanié, c'est-à-dire la perméabilité "in-situ".
Les valeurs plus élevées de la perméabilité (points a,b,e)
correspondent à des échantillons prélevés près de la paroi. Au contraire
les valeurs les plus faibles (points f,g, h,i,j) correspondent à des
échantillons prélevés en profondeur dans un forage et qui sont donc
moins remaniés.
La figure suivante montre l'influence de la déformation subie
par l'échantillon sur la valeur de la perméabilité. La perméabilité-21 -21intiale de ces échantillons est comprise entre 1.10 m* et 3.10 m*
pour une pression de confinement de 5 MPa, et la vitesse de déformation
est la même pour chacun : 3.10 s
La perméabilité croit exponentiellement pour les premiers 4 %
de déformation et tend asymptotiquement vers une valeur limite de
3.10 m* environ pour une déformation permanente de 10 %.
29
15 r
-16 r-
-17 r-
CM
E
-18 r-
CQ<LU
oe.
eno
-19 r
-20
D SRI38
o SPUO
+ SP7^7
SPU2
-21 l-i. IIIIIIIIII2 4 6 8 10%
STRAIN
(d'après CJ. PEACH and al ., 1985)
29
15 r
-16 r-
-17 r-
CM
E
-18 r-
CQ<LU
oe.
eno
-19 r
-20
D SRI38
o SPUO
+ SP7^7
SPU2
-21 l-i. IIIIIIIIII2 4 6 8 10%
STRAIN
(d'après CJ. PEACH and al ., 1985)
30
2.7. - CARACTERISTIQUES THERMIQUES
2.7.1. - Rappel des définitions
. Capacité calorifique : C
C = 4^ ou cdT Tî-Ti
c'est la quantité de chaleur nécessaire pour élever
la température du corps de Ti à Tj ;
- la chaleur spécifique est la capacité calorifi¬
que de l'unité de masse :
%° H
l'unité de mesure étant J/(kg*K)
- on utilise aussi la capacité calorifique
volumique :
C^ = c .p en J/(m'.''K), p étant la masse
volumique
Coefficient de dilatation thermique
Le coefficient de dilatation linéaire est défini
comme suit :
a^ = -^ (£ = UO (1 + Oj^ AT))
£o AT
30
2.7. - CARACTERISTIQUES THERMIQUES
2.7.1. - Rappel des définitions
. Capacité calorifique : C
C = 4^ ou cdT Tî-Ti
c'est la quantité de chaleur nécessaire pour élever
la température du corps de Ti à Tj ;
- la chaleur spécifique est la capacité calorifi¬
que de l'unité de masse :
%° H
l'unité de mesure étant J/(kg*K)
- on utilise aussi la capacité calorifique
volumique :
C^ = c .p en J/(m'.''K), p étant la masse
volumique
Coefficient de dilatation thermique
Le coefficient de dilatation linéaire est défini
comme suit :
a^ = -^ (£ = UO (1 + Oj^ AT))
£o AT
31
£o étant la longueur pour la température To ;
son unité est donc : 'K .
on peut de même définir un coefficient de
dilatation volumique :
a = (V = Vo (1 + a AT))^ Vo AT ^
Conductibilité thermique
La loi qui gouverne la distribution de la
température dans un corps isotrope et homogène f est
de la forme :
3T ..^ %IT = ^-^^ "c
P
q : quantité de chaleur dégagée par les sources de
chaleur intemes par unité de volume du corps
en 1 seconde.
Cp : chaleur spécifique,
p : masse volumique (densité),
A : opérateur de Laplace,
a : coefficient de diffusivité thermique (m*/s).
31
£o étant la longueur pour la température To ;
son unité est donc : 'K .
on peut de même définir un coefficient de
dilatation volumique :
a = (V = Vo (1 + a AT))^ Vo AT ^
Conductibilité thermique
La loi qui gouverne la distribution de la
température dans un corps isotrope et homogène f est
de la forme :
3T ..^ %IT = ^-^^ "c
P
q : quantité de chaleur dégagée par les sources de
chaleur intemes par unité de volume du corps
en 1 seconde.
Cp : chaleur spécifique,
p : masse volumique (densité),
A : opérateur de Laplace,
a : coefficient de diffusivité thermique (m*/s).
32
La diffusivité thermique caractérise la vitesse avec laquelle
s'égalise la température dans un corps chauffé non uniformément et elle
est liée à la conductivité thermique par la relation :
_ k^ " C .p
P ^
dTDans le cas stationnaire à une dimension dQ = -k .dS.dt, où
dxla conductivité thermique k est donc la quantité de chaleur transportée
à travers l'unité de surface par unité de temps pour un gradient de
température égal à l'unité ; elle est notée en W/(m.*K).
2,7,2, - Les valeurs des caractéristiques thermiques du sel
gemme
Nous avons rassemblé dans le tableau ci-après les valeurs
données dans la littérature pour les différents paramètres définis
précédemment.
On notera la faible dispersion des résultats en fonction de
l'origine de l'échantillon :
- la conductivité thermique du sel gemme : sa valeur est
deux à trois fois supérieure à celle des autres roches
sédimentaires.
Par ailleurs, la valeur de ce paramètre est dépendante de
la température : k décroît quand la température augmente
(cf. figure ci-après).
32
La diffusivité thermique caractérise la vitesse avec laquelle
s'égalise la température dans un corps chauffé non uniformément et elle
est liée à la conductivité thermique par la relation :
_ k^ " C .p
P ^
dTDans le cas stationnaire à une dimension dQ = -k .dS.dt, où
dxla conductivité thermique k est donc la quantité de chaleur transportée
à travers l'unité de surface par unité de temps pour un gradient de
température égal à l'unité ; elle est notée en W/(m.*K).
2,7,2, - Les valeurs des caractéristiques thermiques du sel
gemme
Nous avons rassemblé dans le tableau ci-après les valeurs
données dans la littérature pour les différents paramètres définis
précédemment.
On notera la faible dispersion des résultats en fonction de
l'origine de l'échantillon :
- la conductivité thermique du sel gemme : sa valeur est
deux à trois fois supérieure à celle des autres roches
sédimentaires.
Par ailleurs, la valeur de ce paramètre est dépendante de
la température : k décroît quand la température augmente
(cf. figure ci-après).
n
H-nrtN
VC
3n
oo0g-oft
s:
oVf
X
(W/mKl
en00 p
» SI
/-» Ml
g gO o
H-(Atrno.
o
n
C
19
6 -
U '
^ 3 -3XJCo
CJG«_Oi
JC
2 -
1 -
0
U)
100 1
200
Temperolure
I
300 400
^
(°C)
n
H-nrtN
VC
3n
oo0g-oft
s:
oVf
X
(W/mKl
en00 p
» SI
/-» Ml
g gO o
H-(Atrno.
o
n
C
19
6 -
U '
^ 3 -3XJCo
CJG«_Oi
JC
2 -
1 -
0
U)
100 1
200
Temperolure
I
300 400
^
(°C)
34
Cette décroissance est traduite mathématiquement de façon
différente suivant les auteurs, en fonction très certai¬
nement de l'intervalle de température dans lequel on a
cherché à ajuster la fonction :
k = 5 (|^)^'l^
k = 4.5 - 0,011 T
6.1k =1 + 4,5.10"' T*
k = 6,109 - 2,5148.10"* T* + 7, 153.10" t"* - 8,293. 10"^T*'
T en 'C
T en 'K.
- La diffusivité thermique est reliée comme on l'a vu
précédemment à la conductivité thermique par la relation
a = k/(Cp.p).
Les valeurs obtenues pour des échantillons de sel de ASSE
pour différentes températures se trouvent comprises entre
0,2. 10~ et 2.10 m^/s. Pour des échantillons provenant
de domes de sel de la région du golfe du Mexique aux
U.S.A. une valeur typique est 3.10 m*/s.
- Coefficient de dilatation thermique :
H. ROLNIK (1984) prend en compte, dans les calculs de modé¬
lisation, le coefficient de dilatation volumique :
a = 4,62.10"' + 2,8.10~*T (T en "O
CK"').
34
Cette décroissance est traduite mathématiquement de façon
différente suivant les auteurs, en fonction très certai¬
nement de l'intervalle de température dans lequel on a
cherché à ajuster la fonction :
k = 5 (|^)^'l^
k = 4.5 - 0,011 T
6.1k =1 + 4,5.10"' T*
k = 6,109 - 2,5148.10"* T* + 7, 153.10" t"* - 8,293. 10"^T*'
T en 'C
T en 'K.
- La diffusivité thermique est reliée comme on l'a vu
précédemment à la conductivité thermique par la relation
a = k/(Cp.p).
Les valeurs obtenues pour des échantillons de sel de ASSE
pour différentes températures se trouvent comprises entre
0,2. 10~ et 2.10 m^/s. Pour des échantillons provenant
de domes de sel de la région du golfe du Mexique aux
U.S.A. une valeur typique est 3.10 m*/s.
- Coefficient de dilatation thermique :
H. ROLNIK (1984) prend en compte, dans les calculs de modé¬
lisation, le coefficient de dilatation volumique :
a = 4,62.10"' + 2,8.10~*T (T en "O
CK"').
TABLEAU RECAPITULATIF DES CARACTERISTIQUES THERMIQUESDU SEL GEMME, D'APRES LA LITTERATURE
ORIGINE DEL'ECHANTILLON
(AUTEUR)
Dôme : Avery Island
Gorleben(rapport kWA 5106/2)
Palo Duro(sel en couche)
TersanneEtrez
(H. ROLNIK, 1984)
Paradox, Richton,
Vacherie, Permian(sites des E.U.)
CONDUCTIVITETHERMIQUE
W/(in.'k)
4.5 - 0,011 T*
5,02
6.1/(1+4,5.10~'t)
5-6 (30'C)4-5 (70'C)
6,109-2,51.10"''t*
6,02-1,84. 10~*T* +
3,2.10 T
COEFFICIENT DEDILATATION THERMIQUE
,.-j linéaire
0,396.10"^
4.10"
4,1.10"'
4,62.10~%2,8.10~*T*
4,1.10"'
CHALEURSPECIFIQUEJ/(kg.'k)
871
920
880(20*0810 + 0,23 T"
^
880
(877)
909
CAPACITE CALORIFIQUEVOLUMIQUEJ/(mS'k)
1,886.10"*
«Jl
* T en 'GT en 'k
TABLEAU RECAPITULATIF DES CARACTERISTIQUES THERMIQUESDU SEL GEMME, D'APRES LA LITTERATURE
ORIGINE DEL'ECHANTILLON
(AUTEUR)
Dôme : Avery Island
Gorleben(rapport kWA 5106/2)
Palo Duro(sel en couche)
TersanneEtrez
(H. ROLNIK, 1984)
Paradox, Richton,
Vacherie, Permian(sites des E.U.)
CONDUCTIVITETHERMIQUE
W/(in.'k)
4.5 - 0,011 T*
5,02
6.1/(1+4,5.10~'t)
5-6 (30'C)4-5 (70'C)
6,109-2,51.10"''t*
6,02-1,84. 10~*T* +
3,2.10 T
COEFFICIENT DEDILATATION THERMIQUE
,.-j linéaire
0,396.10"^
4.10"
4,1.10"'
4,62.10~%2,8.10~*T*
4,1.10"'
CHALEURSPECIFIQUEJ/(kg.'k)
871
920
880(20*0810 + 0,23 T"
^
880
(877)
909
CAPACITE CALORIFIQUEVOLUMIQUEJ/(mS'k)
1,886.10"*
«Jl
* T en 'GT en 'k
36
Caraciérifliquí.i therniiqiun ¡U différents matériaux techniques des puitu et terrains
S*"! f^tnnxr
Terrain* «¿«Iirrirniiiim («ri». nnhyJrtlrt. quartril^ fxccptet), ,
C.ünductivitcihrrmiqu*'
ú-f» Il '«H» C'.-5 U :tt*c
Chaleur>(i*cifiqu*' vnluminue
fkç;m*l
;g
1.5
0.3-0.f<
i.i-;.s
1
j ;;)0
1 1 000-1 700
1 3 000-4 000
! TOO-l 5U0
7 »io«
2 150
1 000-1 200
1 UOO-2 500
1C5
D'après B. HUGOUT (1982)
2,7,3. - Les modifications subies par le sel gemme et
quelques minéraux associés en fonction de la
température
L'analyse thermique différentielle permet pour un minéral
donné de mettre en évidence les modifications physiques et chimiques en
fonction de la température. On trouvera dans le tableau ci-dessous, pour
le sel gemme et quelques sulfates, les températures de modification de
l'état chimique et physique (déshydratation, réaction exothermique,
fusion, ebullition, transition de phase cristallographique, passage à
l'état amorphe, ...).
36
Caraciérifliquí.i therniiqiun ¡U différents matériaux techniques des puitu et terrains
S*"! f^tnnxr
Terrain* «¿«Iirrirniiiim («ri». nnhyJrtlrt. quartril^ fxccptet), ,
C.ünductivitcihrrmiqu*'
ú-f» Il '«H» C'.-5 U :tt*c
Chaleur>(i*cifiqu*' vnluminue
fkç;m*l
;g
1.5
0.3-0.f<
i.i-;.s
1
j ;;)0
1 1 000-1 700
1 3 000-4 000
! TOO-l 5U0
7 »io«
2 150
1 000-1 200
1 UOO-2 500
1C5
D'après B. HUGOUT (1982)
2,7,3. - Les modifications subies par le sel gemme et
quelques minéraux associés en fonction de la
température
L'analyse thermique différentielle permet pour un minéral
donné de mettre en évidence les modifications physiques et chimiques en
fonction de la température. On trouvera dans le tableau ci-dessous, pour
le sel gemme et quelques sulfates, les températures de modification de
l'état chimique et physique (déshydratation, réaction exothermique,
fusion, ebullition, transition de phase cristallographique, passage à
l'état amorphe, ...).
37
Temperatures of Ihermal effcclii given by ult mineralv
Mineral
Bischofite
BloditcCamallitcEpsomitc
ClaseriteGlaubcn'ieGorgeyitcGypsum
HaliteKainitcKic&eriteLangbeiniteLeonJtcLôweiteMirabilitePicromeritc
PolyhaliteSylvirteSyngeniteTTienardiieVa^ihofRte
Formula
Mga,.6H,0
Na,Mg(S04),.4H,0KMgCI,.6H,0MgSO.TH.O
K,Na(SO«),Na,Ca{SO,),K,Ca,(S04),.H,0CaS0..2H,O
NaClKMgS04a.3H,0MgS0,.H,OK,Mg.(S04),K,Mg(S0J..4H,0Na,Mg(SO.),.2H.ONa.SO^.lOH.OK,Mg(S0.)..6H,O
K,Mga.(S0A.2H,OKClK,a(SOJ,.H,0Na.SO,Na«Mg(SOJ,
Temperature ("Q and effect
n8(m) 155-185(b) 232idch) 298(deh.h)5l5(d,h)
1 ICKdeh) 220(dch) 625(d) 670(m)I60-J65(m) 190(b) 230(dch)425(m)52(m) 97(m) 107(b) n7(deh) 138(deh)
164(deh) 184(dch) 255(deh) 340(dch)n24(m)
437(1) 940(m)52&-54CCd> 944(m)430(dch) 950(d) IWO(m)110-120(deh) 170-180(deh) 320-380(ex.t)
1200(t)800rm)160(d,deh) 277(d,deh) 425(t) 490-540(d)340(deh) I124(m)930(m)140(deh) 180(deh) 580(t) 760(m)220(deh) 625(d) 670(m)32-4(m) 102(b) 240(t) 884(m)87(m) 125(b) 140{deh) 180(deh) 580(t)
760(m)310-320(deh) 880(m)770(m)265(deh) 430(d) 560(t) 875(m)240(t) 884(m)515(d) 800(m)
Kev: b boiling; d decomposition; deh dehydration; ex exothermic; h hydrolysis;m melting; 1 ^transition.
D'après L.G. BERG. - In Differential thennal Analysis - vol.1 - Ed.
R.C Mackenzie (Academic Press) 1970.
37
Temperatures of Ihermal effcclii given by ult mineralv
Mineral
Bischofite
BloditcCamallitcEpsomitc
ClaseriteGlaubcn'ieGorgeyitcGypsum
HaliteKainitcKic&eriteLangbeiniteLeonJtcLôweiteMirabilitePicromeritc
PolyhaliteSylvirteSyngeniteTTienardiieVa^ihofRte
Formula
Mga,.6H,0
Na,Mg(S04),.4H,0KMgCI,.6H,0MgSO.TH.O
K,Na(SO«),Na,Ca{SO,),K,Ca,(S04),.H,0CaS0..2H,O
NaClKMgS04a.3H,0MgS0,.H,OK,Mg.(S04),K,Mg(S0J..4H,0Na,Mg(SO.),.2H.ONa.SO^.lOH.OK,Mg(S0.)..6H,O
K,Mga.(S0A.2H,OKClK,a(SOJ,.H,0Na.SO,Na«Mg(SOJ,
Temperature ("Q and effect
n8(m) 155-185(b) 232idch) 298(deh.h)5l5(d,h)
1 ICKdeh) 220(dch) 625(d) 670(m)I60-J65(m) 190(b) 230(dch)425(m)52(m) 97(m) 107(b) n7(deh) 138(deh)
164(deh) 184(dch) 255(deh) 340(dch)n24(m)
437(1) 940(m)52&-54CCd> 944(m)430(dch) 950(d) IWO(m)110-120(deh) 170-180(deh) 320-380(ex.t)
1200(t)800rm)160(d,deh) 277(d,deh) 425(t) 490-540(d)340(deh) I124(m)930(m)140(deh) 180(deh) 580(t) 760(m)220(deh) 625(d) 670(m)32-4(m) 102(b) 240(t) 884(m)87(m) 125(b) 140{deh) 180(deh) 580(t)
760(m)310-320(deh) 880(m)770(m)265(deh) 430(d) 560(t) 875(m)240(t) 884(m)515(d) 800(m)
Kev: b boiling; d decomposition; deh dehydration; ex exothermic; h hydrolysis;m melting; 1 ^transition.
D'après L.G. BERG. - In Differential thennal Analysis - vol.1 - Ed.
R.C Mackenzie (Academic Press) 1970.
38
Pour un échantillon de sel naturel, la perte de poids mesurée
pour différentes températures permet de mettre en évidence la proportion
d'eau contenue et les différents types d'eau adsorbée présents. Quand on
trace la courbe "perte de poids" après un temps déteminé en fonction de
la tempérautre, on voit que, lorsque la température augmente, la
libération d'eau se fait par palier. La figure ci-après montre, pour
trois échantillons de sel de composition minéralogique différente, la
libération des différentes sortes d'eau.
La perte de poids au dessus de 300 "C correspond à un cracking
thermique des minératix en trace et des mineurs, à la libération des
composants gazeux et des inclusions fluides submicroscopiques. Au dessus
de 600 'C la sublimation de la roche saline commence.
100 200 300 ¿00 500 600Temperature ['C]
Fig. 2. Loss of weight from three salt samples as a function,if temperature. Curve 1: Polyhalitic salt with 0.12% hydration.^jter from polyhalite and 0.035% adsorbed water. Curve 2; Kieser-;tic salt with 0.147% hydration water from kieserite and no adsorbed«ijccr. Curve 3: Synthetic salt with all water adsorbed at the
rv:îtal boundaries.
d'après N. Jockwer (1981)
38
Pour un échantillon de sel naturel, la perte de poids mesurée
pour différentes températures permet de mettre en évidence la proportion
d'eau contenue et les différents types d'eau adsorbée présents. Quand on
trace la courbe "perte de poids" après un temps déteminé en fonction de
la tempérautre, on voit que, lorsque la température augmente, la
libération d'eau se fait par palier. La figure ci-après montre, pour
trois échantillons de sel de composition minéralogique différente, la
libération des différentes sortes d'eau.
La perte de poids au dessus de 300 "C correspond à un cracking
thermique des minératix en trace et des mineurs, à la libération des
composants gazeux et des inclusions fluides submicroscopiques. Au dessus
de 600 'C la sublimation de la roche saline commence.
100 200 300 ¿00 500 600Temperature ['C]
Fig. 2. Loss of weight from three salt samples as a function,if temperature. Curve 1: Polyhalitic salt with 0.12% hydration.^jter from polyhalite and 0.035% adsorbed water. Curve 2; Kieser-;tic salt with 0.147% hydration water from kieserite and no adsorbed«ijccr. Curve 3: Synthetic salt with all water adsorbed at the
rv:îtal boundaries.
d'après N. Jockwer (1981)
39
THERMOMECHANICAL PROPERTIES USED IN REPOSITORY REGION ANALYSIS
(rapport ONWI-512 - 19 July 1986)
lock Ipn»CtnlMy
S|.rclfU
tnis.:ii»ltj'
tofff itWntef
Irtrnlll|'<fl>lenllt-'/ll
ItlltUlt/'lltioi'i
lltl»
tirttit
StfitltDM
liMiteniImU
Anh/trttt
ShtW
Stit
JLnh/arltt
Silt
llMttoni
D-?10
210-(Ot40-7DO
700-7»7t{-7(0}(0-ieis
101S-1D3S
io3S-is:o
lS20-)D4e
tioo
26»:sDo
2»00
:soo
2U0
7SD0
2ieo
2eso
7)7
ISlt
iooe
t7S
lost
»ss
t2S
»09
}01S
2.c:3. to
2.00
4.10
2.00
Iqn. 2.2
4.10
tçr.. 2.2
3.«0
i.e
21.2
10.)
23. t
10.3
4).0
23. S
«1.0
21.2
32.1
47.7
4S.2
14.3
33.3
31.0
37.2
31.0
38. S
C.33
0.34
0.34
C.3(
0.34
c.3e
0.3(
0.3(
0.3i
ttn\iii
StfidstcneShtW-SlUltftnt
iilt
SmW-H'illlCinfknhytrMt
Anhjfúrltt-Llwtloni-Shtlt
SindStonc-5Ulc
0-2IS
21S-ieO
((0-»7l
S7S-1SS0
US0-2S4S
254S-304e
2103
IBOO
2110
IB3Ü
2S03
2B00
712
£37
tit
£37
E37
ECO
2.t
1.73
(an. 2.2
1.73
3.ti
2.0Ù
Hthtsn
712
£37
í.íl
2.B1
9.0
U.2
41.»
ie.2
12. (
e.o
3.0
i.O
tt.t
i.O
21.0
40.0
0.24
0.25
C.)}
0.2S
0.30
0.20
Sineitcnc
Shtlt-Sl ne t tent -11 M t lone
ShilfSOtitone-LtMtient
Jtltltonc
Anb/flrtte
StU
0-215
21S-700
700-1675
1675-3048
Ciprecli
Dom
2d;;.
20S0
2220
2520
2740
21Ë0
837 1.73
£37
SCI
90»
1.73
3.0
tqn. 2.2
9.0
14.4
16.2
16.2
22.0
41.0
0.7
4.2
£.3
0.(6
0.39
0.33
23.0
34.5
31.5
0.27
0.30
0.36
Ytchtrtc
UncontoKditcdSinetlont
ShiltKirl-ChiU
Shilt-SindltoncllMilentAn^/úrUe
llMttoncStnditeneAnh/«rlt»
Silt
0-76
76-500
SOO-iOOO
1000-1280
1280-1500
1500-1600
J60O-2000
2000-3048
Caprocl
Dome
1500
lEOO
2750
1950
2500
2900
2500
2100
2900
21£0
712 1.50
637
£37
775
£37
795
£37
712
755
909
1.73
2.10
2. 17
3.(9
4.50
3.89
2.60
4.50
Itin. 2.2
9.0
16.2
12.6
12.6
12.6
23.0
12. {9.0
23.0
41,0
0.2 0.49
2.0
11.6
20.0
20.7
34.5
20.7
34.5
34.5
31 .0
0.44
0.32
0.25
0.30
0.30
0.30
C.24
0.30
0.34
39
THERMOMECHANICAL PROPERTIES USED IN REPOSITORY REGION ANALYSIS
(rapport ONWI-512 - 19 July 1986)
lock Ipn»CtnlMy
S|.rclfU
tnis.:ii»ltj'
tofff itWntef
Irtrnlll|'<fl>lenllt-'/ll
ItlltUlt/'lltioi'i
lltl»
tirttit
StfitltDM
liMiteniImU
Anh/trttt
ShtW
Stit
JLnh/arltt
Silt
llMttoni
D-?10
210-(Ot40-7DO
700-7»7t{-7(0}(0-ieis
101S-1D3S
io3S-is:o
lS20-)D4e
tioo
26»:sDo
2»00
:soo
2U0
7SD0
2ieo
2eso
7)7
ISlt
iooe
t7S
lost
»ss
t2S
»09
}01S
2.c:3. to
2.00
4.10
2.00
Iqn. 2.2
4.10
tçr.. 2.2
3.«0
i.e
21.2
10.)
23. t
10.3
4).0
23. S
«1.0
21.2
32.1
47.7
4S.2
14.3
33.3
31.0
37.2
31.0
38. S
C.33
0.34
0.34
C.3(
0.34
c.3e
0.3(
0.3(
0.3i
ttn\iii
StfidstcneShtW-SlUltftnt
iilt
SmW-H'illlCinfknhytrMt
Anhjfúrltt-Llwtloni-Shtlt
SindStonc-5Ulc
0-2IS
21S-ieO
((0-»7l
S7S-1SS0
US0-2S4S
254S-304e
2103
IBOO
2110
IB3Ü
2S03
2B00
712
£37
tit
£37
E37
ECO
2.t
1.73
(an. 2.2
1.73
3.ti
2.0Ù
Hthtsn
712
£37
í.íl
2.B1
9.0
U.2
41.»
ie.2
12. (
e.o
3.0
i.O
tt.t
i.O
21.0
40.0
0.24
0.25
C.)}
0.2S
0.30
0.20
Sineitcnc
Shtlt-Sl ne t tent -11 M t lone
ShilfSOtitone-LtMtient
Jtltltonc
Anb/flrtte
StU
0-215
21S-700
700-1675
1675-3048
Ciprecli
Dom
2d;;.
20S0
2220
2520
2740
21Ë0
837 1.73
£37
SCI
90»
1.73
3.0
tqn. 2.2
9.0
14.4
16.2
16.2
22.0
41.0
0.7
4.2
£.3
0.(6
0.39
0.33
23.0
34.5
31.5
0.27
0.30
0.36
Ytchtrtc
UncontoKditcdSinetlont
ShiltKirl-ChiU
Shilt-SindltoncllMilentAn^/úrUe
llMttoncStnditeneAnh/«rlt»
Silt
0-76
76-500
SOO-iOOO
1000-1280
1280-1500
1500-1600
J60O-2000
2000-3048
Caprocl
Dome
1500
lEOO
2750
1950
2500
2900
2500
2100
2900
21£0
712 1.50
637
£37
775
£37
795
£37
712
755
909
1.73
2.10
2. 17
3.(9
4.50
3.89
2.60
4.50
Itin. 2.2
9.0
16.2
12.6
12.6
12.6
23.0
12. {9.0
23.0
41,0
0.2 0.49
2.0
11.6
20.0
20.7
34.5
20.7
34.5
34.5
31 .0
0.44
0.32
0.25
0.30
0.30
0.30
C.24
0.30
0.34
40
3 - ENVIRONNEMENT HYDROGEOLOGÏQUE DES MASSIFS SALIFERES : Concept de
barrière géologique vis â vis d'un stockage de déchets radioactifs
L'évaluation de la capacité de confinement de la barrière
géologique pour un stockage de déchets radioactifs et de sa stabilité
vis-à-vis des perturbations extérieures d'origine naturelle ou
accidentelle.
En effet, l'eau est le seul vecteur possible de la
radioactivité à travers la géosphère.
3,1. - Notion de couverture et de barrière géologique
La couverture est formée de terrains compris entre le toit du
sel et le premier aquifère significatif. C'est un élément essentiel de
la barrière géologique imperméable, et du système hydrogéologique local.
La présence d'un gisement de sel et de l'absence de
dissolutions actuelles, atteste de sa protection vis-à-vis des
circulations d'eau souterraine, assurées par un contexte hydraulique
favorable, dont la couverture est un élément important.
L'analyse et l'évaluation de la capacité de confinement de la
barrière géologique se fait lors de l'état actuel, puis lors de
l'évolution dans le temps, en prenant en compte les perturbations
apportées par la présence même du stockage (effets thermiques,
mécaniques, ...), et les perturbations naturelles, d'origine climatique
d'une part, et géodynamique inteme d'autre part.
Parmi les causes pouvant permettre une circulation d'eau dans
un massif salifère, on distingue :
1 - des causes naturelles, préexistantes à la réalisation du stockage ;
2 - des causes accidentelles, produites lors de la réalisation du
stockage et par le stockage lui-même.
40
3 - ENVIRONNEMENT HYDROGEOLOGÏQUE DES MASSIFS SALIFERES : Concept de
barrière géologique vis â vis d'un stockage de déchets radioactifs
L'évaluation de la capacité de confinement de la barrière
géologique pour un stockage de déchets radioactifs et de sa stabilité
vis-à-vis des perturbations extérieures d'origine naturelle ou
accidentelle.
En effet, l'eau est le seul vecteur possible de la
radioactivité à travers la géosphère.
3,1. - Notion de couverture et de barrière géologique
La couverture est formée de terrains compris entre le toit du
sel et le premier aquifère significatif. C'est un élément essentiel de
la barrière géologique imperméable, et du système hydrogéologique local.
La présence d'un gisement de sel et de l'absence de
dissolutions actuelles, atteste de sa protection vis-à-vis des
circulations d'eau souterraine, assurées par un contexte hydraulique
favorable, dont la couverture est un élément important.
L'analyse et l'évaluation de la capacité de confinement de la
barrière géologique se fait lors de l'état actuel, puis lors de
l'évolution dans le temps, en prenant en compte les perturbations
apportées par la présence même du stockage (effets thermiques,
mécaniques, ...), et les perturbations naturelles, d'origine climatique
d'une part, et géodynamique inteme d'autre part.
Parmi les causes pouvant permettre une circulation d'eau dans
un massif salifère, on distingue :
1 - des causes naturelles, préexistantes à la réalisation du stockage ;
2 - des causes accidentelles, produites lors de la réalisation du
stockage et par le stockage lui-même.
41
Dans cette optique, il est important de procéder à une recon¬
naissance hydrogéologique du site sélectionné, consistant en une carac¬
térisation du comportement du bassin au voisinage du site du point de
vue de la dynamique des écoulements naturels et en une caractérisation
des formations aquifères et des formations semi-perméables profondes.
Plus généralement, l'étude des stmctures géologiques est un outil
essentiel de caractérisation (stratigraphie, lithologie, tectonique,
géologie structurale).
3.1.1. - Les causes naturelles
Des dissolutions au toit du gisement créent des cavités et des
chenaiix : c'est l'exemple du siège de la nappe salée de Dombasle en
Lorraine. Ces cheminées bréchiques de dissolution résultent de la
complète dissolution du sel remplacé par une brèche formée à partir des
terrains supérieurs et des insolubles contenus dans le sel.
On peut supposer d'ailleurs que certaines formations salifères
ont sans doute été ainsi complètement dissoutes (GOGUEL, 1959).
Les failles peuvent aussi mettre en communication les nappes
d'eau sus-jacentes avec le massif salin. Mais ces mécanismes de disso¬
lution naturelle peuvent s'arrêter d'eux-mêmes, si la configuration
géométrique et hydraulique est favorable. Il est fréquent de rencontrer
ainsi en forage des nappes salées au toit des gisements qui n'évoluent
sans doute pratiquement plus (P, BEREST, 1984, journée sur le Sel).
3.1.2, - Les causes accidentelles
Il est vraisemblable que la moitié des mines de sel ouvertes
dans le monde ont été envahies par l'eau et ont dû être abandonnées. La
caractéristique la plus marquante de ces invasions par l'eau tient à
l'accélération brutale du débit d'eau (P. BEREST - Journée sur le Sel).
41
Dans cette optique, il est important de procéder à une recon¬
naissance hydrogéologique du site sélectionné, consistant en une carac¬
térisation du comportement du bassin au voisinage du site du point de
vue de la dynamique des écoulements naturels et en une caractérisation
des formations aquifères et des formations semi-perméables profondes.
Plus généralement, l'étude des stmctures géologiques est un outil
essentiel de caractérisation (stratigraphie, lithologie, tectonique,
géologie structurale).
3.1.1. - Les causes naturelles
Des dissolutions au toit du gisement créent des cavités et des
chenaiix : c'est l'exemple du siège de la nappe salée de Dombasle en
Lorraine. Ces cheminées bréchiques de dissolution résultent de la
complète dissolution du sel remplacé par une brèche formée à partir des
terrains supérieurs et des insolubles contenus dans le sel.
On peut supposer d'ailleurs que certaines formations salifères
ont sans doute été ainsi complètement dissoutes (GOGUEL, 1959).
Les failles peuvent aussi mettre en communication les nappes
d'eau sus-jacentes avec le massif salin. Mais ces mécanismes de disso¬
lution naturelle peuvent s'arrêter d'eux-mêmes, si la configuration
géométrique et hydraulique est favorable. Il est fréquent de rencontrer
ainsi en forage des nappes salées au toit des gisements qui n'évoluent
sans doute pratiquement plus (P, BEREST, 1984, journée sur le Sel).
3.1.2, - Les causes accidentelles
Il est vraisemblable que la moitié des mines de sel ouvertes
dans le monde ont été envahies par l'eau et ont dû être abandonnées. La
caractéristique la plus marquante de ces invasions par l'eau tient à
l'accélération brutale du débit d'eau (P. BEREST - Journée sur le Sel).
42
On peut dégager deux observations utiles :
- la réalisation de puits d'accès dans le sel gemme, fait appel à des
techniques de scellement appropriés, (congélation, injections).
- l'apparition d'une circulation d'eau peut résulter d'une qualité
insuffisante des ouvrages d'accès à la mine.
3.1.2.1. - REALISATION DU STOCKAGE
La présence de forages de reconnaissance et des ouvrages du
stockage, constitue des discontinuités dans la barrière géologique et
doit être prise en compte dans l'évaluation de la capacité de
confinement.
3.1.2.2. - STOCKAGE
L'existence d'un gradient thermique peut engendrer un mouve¬
ment des eaux souterraines, mouvement qui est cependant limité par la
forte densité de la saumure. Par modélisation, il a été montré (P.-C.
ROBINSON, D.-P. HODGKINSON, J. ElAE) que la chaleur émise par les déchets
peut créer des courants d'eau qui sont susceptibles de changer les flux
souterrains naturels pendant des milliers d'années.
Les effets provoqués par la présence du stockage comprennent
des processus comme la radiolyse, la corrosion, la production de gaz.
3.2. - L'hydrogéologie du sel
Une couche de sel interstratifiée dans un ensemble sédimen¬
taire constituant lui-même hydrogéologiquement des multicouches, ne peut
exister que si l'on admet l'absence d'une dynamique de dissolution.
42
On peut dégager deux observations utiles :
- la réalisation de puits d'accès dans le sel gemme, fait appel à des
techniques de scellement appropriés, (congélation, injections).
- l'apparition d'une circulation d'eau peut résulter d'une qualité
insuffisante des ouvrages d'accès à la mine.
3.1.2.1. - REALISATION DU STOCKAGE
La présence de forages de reconnaissance et des ouvrages du
stockage, constitue des discontinuités dans la barrière géologique et
doit être prise en compte dans l'évaluation de la capacité de
confinement.
3.1.2.2. - STOCKAGE
L'existence d'un gradient thermique peut engendrer un mouve¬
ment des eaux souterraines, mouvement qui est cependant limité par la
forte densité de la saumure. Par modélisation, il a été montré (P.-C.
ROBINSON, D.-P. HODGKINSON, J. ElAE) que la chaleur émise par les déchets
peut créer des courants d'eau qui sont susceptibles de changer les flux
souterrains naturels pendant des milliers d'années.
Les effets provoqués par la présence du stockage comprennent
des processus comme la radiolyse, la corrosion, la production de gaz.
3.2. - L'hydrogéologie du sel
Une couche de sel interstratifiée dans un ensemble sédimen¬
taire constituant lui-même hydrogéologiquement des multicouches, ne peut
exister que si l'on admet l'absence d'une dynamique de dissolution.
43
Ceci implique que l'on considère que cette couche de sel est
encaissée dans des épontes soit anhydres soit argileuses mais dont l'eau
d'imbibition serait en équilibre de saturation avec le sel. Cet état
d'équilibre a été atteint dans les conditions d'un certain régime de
température et de potentiel des aquifères de multicouches. Vis à vis des
propriétés hydrogéologiques, perméabilité et porosité, le sel en couche
est très différent du sel en dôme.
On sait que le sel contient en proportion variable de l'eau et
des fluides piégés au cours du dépôt. Ces fluides peuvent se présenter
sous forme d'eau de constitution, d'inclusions de saumure, d'eau absor¬
bée et intersticielle. Alors que pour le sel en couche, cette eau peut
représenter entre 0,2 et 3 % en volume, elle reste inférieure à 0,1 % en
volume pour le sel en dôme.
Les propriétés hydrologiques sont très variables d'un dôme à
l'autre (KELSALL - NELSON). L'analyse du sel et autres éléments dissous
dans les eaux souterraines autour du dôme, l'étude minéralogique,
pétrographique et de la structure du caprock permet de déterminer le
schéma des dissolutions passées et présentes du toit du sel. L'analyse
chimique des eaux dans les aquifères à proximité du dôme est aussi un
bon indicateur des mécanismes de dissolution et des communications
éventuelles.
3.3. - Perméabilité
La perméabilité à l'eau est un facteur important dans le rôle
de barrière géologique. Du fait de la grande solubilité du sel dans
l'eau, l'eau joue un rôle primordial. La perméabilité est un facteur
déterminant pour savoir si un transport significatif peut apparaître
dans une situation donnée. Ce paramètre est lié directement à la dilata¬
tion survenant durant la lente déformation plastique du sel.
Il faut donc détenniner les propriétés rhéologiques et de
dilatance du sel sec et humide dans différentes conditions de pression
et température et étudier la perméabilité et le transport ionique dans
le sel déformé et en déformation, en présence de saumure statique et en
circulation.
43
Ceci implique que l'on considère que cette couche de sel est
encaissée dans des épontes soit anhydres soit argileuses mais dont l'eau
d'imbibition serait en équilibre de saturation avec le sel. Cet état
d'équilibre a été atteint dans les conditions d'un certain régime de
température et de potentiel des aquifères de multicouches. Vis à vis des
propriétés hydrogéologiques, perméabilité et porosité, le sel en couche
est très différent du sel en dôme.
On sait que le sel contient en proportion variable de l'eau et
des fluides piégés au cours du dépôt. Ces fluides peuvent se présenter
sous forme d'eau de constitution, d'inclusions de saumure, d'eau absor¬
bée et intersticielle. Alors que pour le sel en couche, cette eau peut
représenter entre 0,2 et 3 % en volume, elle reste inférieure à 0,1 % en
volume pour le sel en dôme.
Les propriétés hydrologiques sont très variables d'un dôme à
l'autre (KELSALL - NELSON). L'analyse du sel et autres éléments dissous
dans les eaux souterraines autour du dôme, l'étude minéralogique,
pétrographique et de la structure du caprock permet de déterminer le
schéma des dissolutions passées et présentes du toit du sel. L'analyse
chimique des eaux dans les aquifères à proximité du dôme est aussi un
bon indicateur des mécanismes de dissolution et des communications
éventuelles.
3.3. - Perméabilité
La perméabilité à l'eau est un facteur important dans le rôle
de barrière géologique. Du fait de la grande solubilité du sel dans
l'eau, l'eau joue un rôle primordial. La perméabilité est un facteur
déterminant pour savoir si un transport significatif peut apparaître
dans une situation donnée. Ce paramètre est lié directement à la dilata¬
tion survenant durant la lente déformation plastique du sel.
Il faut donc détenniner les propriétés rhéologiques et de
dilatance du sel sec et humide dans différentes conditions de pression
et température et étudier la perméabilité et le transport ionique dans
le sel déformé et en déformation, en présence de saumure statique et en
circulation.
44
Des résultats d'essais de laboratoire (C-J.. SPIERS, G. -S.
LISTER, H.-J. ZWART, 1981-1982) montrent que le sel humide est mécani¬
quement plus faible que la roche saline sèche, particulièrement pour de
faibles vitesses de déformation. Mais on ne peut encore bien apprécier
l'importance du mécanisme de fluage humide in-situ. Il faut noter en
outre, que ces résultats s'appliquent â du sel pur, à grain fin, déformé
sous des conditions où la pression de pore du fluide est à peu près
égale à la pression de confinement. On ne connaît pas bien encore
l'effet de la dimension des grains et du rapport [pression de confine¬
ment sur pression de fluide] sur les propriétés de fluage d'un échantil¬
lon humide.
La dilatance devient importante dans une roche saline pour une
pression de confinement inférieure à 10 - 12,5 MPa et pour une déforma¬
tion axiale de compression â température ambiante dont la vitesse est de
5.10 s .
L'accroissement de l'importance de la dilatance avec la
diminution de la pression est accompagnée par la faible diminution de la
résistance et est associée à une augmentation de la déformation cata-
clastique accompagnant la plasticité intracristalline.
Des observations microstructurales montrent que le mécanisme
de fluage secondaire humide observé prend en compte des cataclases
ductiles avec glissement de joints de grains.
Ainsi, la température et la contrainte ont une influence très
sensible sur la perméabilité :
- la dilatation thermique modifie la forme géométrique des
fractures ;
- l'interaction fluide-roche modifie la géométrie des pores.
44
Des résultats d'essais de laboratoire (C-J.. SPIERS, G. -S.
LISTER, H.-J. ZWART, 1981-1982) montrent que le sel humide est mécani¬
quement plus faible que la roche saline sèche, particulièrement pour de
faibles vitesses de déformation. Mais on ne peut encore bien apprécier
l'importance du mécanisme de fluage humide in-situ. Il faut noter en
outre, que ces résultats s'appliquent â du sel pur, à grain fin, déformé
sous des conditions où la pression de pore du fluide est à peu près
égale à la pression de confinement. On ne connaît pas bien encore
l'effet de la dimension des grains et du rapport [pression de confine¬
ment sur pression de fluide] sur les propriétés de fluage d'un échantil¬
lon humide.
La dilatance devient importante dans une roche saline pour une
pression de confinement inférieure à 10 - 12,5 MPa et pour une déforma¬
tion axiale de compression â température ambiante dont la vitesse est de
5.10 s .
L'accroissement de l'importance de la dilatance avec la
diminution de la pression est accompagnée par la faible diminution de la
résistance et est associée à une augmentation de la déformation cata-
clastique accompagnant la plasticité intracristalline.
Des observations microstructurales montrent que le mécanisme
de fluage secondaire humide observé prend en compte des cataclases
ductiles avec glissement de joints de grains.
Ainsi, la température et la contrainte ont une influence très
sensible sur la perméabilité :
- la dilatation thermique modifie la forme géométrique des
fractures ;
- l'interaction fluide-roche modifie la géométrie des pores.
45
Des mesures de perméabilité ont été réalisées en laboratoire
soit au gaz (Argon) soit à la saumure.
La pennéabilité à l'argon mesurée en laboratoire, par la
méthode du "test-pulse" donne des valeurs moyennes de l'ordre de_1 9 _2 1
10 m*, pouvant atteindre 10 m* pour un échantillon non remanié et-'*m*5.10 pour un échantillon ayant subi une déformation de l'ordre de
10 %. On constate de plus que la perméabilité diminue quand la pression
de confinement augmente et diminue également en fonction du temps (CJ.
PEACH, 1987).
La perméabilité à la saumure, mesurée au laboratoire par une
méthode plus classique en écoulement permanent, donne une valeur de-"m*l'ordre de 3.10 , pour un gradient hydraulique de 1 à 1,4 MPa. On
observe comme précédemment une diminution de la perméabilité en fonction
du temps et quand la pression de confinement augmente. Il a été vérifié
que l'écoulement se faisait bien à travers toute la section de l'échan¬
tillon. Certains auteurs ont mis en évidence un écoulement interfacial
et intergranulaire et ont constaté un transport de sel avec recristal¬
lisation dans les vides.
45
Des mesures de perméabilité ont été réalisées en laboratoire
soit au gaz (Argon) soit à la saumure.
La pennéabilité à l'argon mesurée en laboratoire, par la
méthode du "test-pulse" donne des valeurs moyennes de l'ordre de_1 9 _2 1
10 m*, pouvant atteindre 10 m* pour un échantillon non remanié et-'*m*5.10 pour un échantillon ayant subi une déformation de l'ordre de
10 %. On constate de plus que la perméabilité diminue quand la pression
de confinement augmente et diminue également en fonction du temps (CJ.
PEACH, 1987).
La perméabilité à la saumure, mesurée au laboratoire par une
méthode plus classique en écoulement permanent, donne une valeur de-"m*l'ordre de 3.10 , pour un gradient hydraulique de 1 à 1,4 MPa. On
observe comme précédemment une diminution de la perméabilité en fonction
du temps et quand la pression de confinement augmente. Il a été vérifié
que l'écoulement se faisait bien à travers toute la section de l'échan¬
tillon. Certains auteurs ont mis en évidence un écoulement interfacial
et intergranulaire et ont constaté un transport de sel avec recristal¬
lisation dans les vides.
46
4 - LES ESSAIS IN-SITU
En vue de réaliser un stockage dans le sel, on peut établir
une liste des problèmes nécessitant une étude approfondie (DJAHANGUIRI,
1983). Parmi ceux-ci, citons entre autres :
- les problèmes de convergence des cavités souterraines (dont la
résolution nécessite la mesure des contraintes in-situ) ;
- l'identification des discontinuités géologiques : poches
d'huile et de saumure, couches intercalées ;
- l'influence de la profondeur et de l'épaisseur des couches de
sel et des couches intercalaires sur les caractéristiques de
déformation globale ;
- l'influence du gradient géothermique et de l'élévation de
température liée au dégagement de chaleur par les déchets
nucléaires sur les caractéristiques de déformation ;
- l'influence des intercouches, telles que : 1' anhydrite,
l'argile, la dolomite, sur les caractéristiques thermiques et
thermomécaniques ;
- le choix du modèle de fluage, qui doit être apte en particu¬
lier à reproduire des observations faites in-situ.
Ce que l'on peut observer au cours des essais in-situ résulte
de l'intervention de trois phénomènes (BOUCLY, 1981) :
- la déformation du forage ou de la cavité: le massif étant le
siège de phénomènes de fluage, on raesure une diminution du
volume du trou de forage ou de la cavité. C'est le phénomène
essentiel que l'on veut mettre en évidence, afin de pouvoir
46
4 - LES ESSAIS IN-SITU
En vue de réaliser un stockage dans le sel, on peut établir
une liste des problèmes nécessitant une étude approfondie (DJAHANGUIRI,
1983). Parmi ceux-ci, citons entre autres :
- les problèmes de convergence des cavités souterraines (dont la
résolution nécessite la mesure des contraintes in-situ) ;
- l'identification des discontinuités géologiques : poches
d'huile et de saumure, couches intercalées ;
- l'influence de la profondeur et de l'épaisseur des couches de
sel et des couches intercalaires sur les caractéristiques de
déformation globale ;
- l'influence du gradient géothermique et de l'élévation de
température liée au dégagement de chaleur par les déchets
nucléaires sur les caractéristiques de déformation ;
- l'influence des intercouches, telles que : 1' anhydrite,
l'argile, la dolomite, sur les caractéristiques thermiques et
thermomécaniques ;
- le choix du modèle de fluage, qui doit être apte en particu¬
lier à reproduire des observations faites in-situ.
Ce que l'on peut observer au cours des essais in-situ résulte
de l'intervention de trois phénomènes (BOUCLY, 1981) :
- la déformation du forage ou de la cavité: le massif étant le
siège de phénomènes de fluage, on raesure une diminution du
volume du trou de forage ou de la cavité. C'est le phénomène
essentiel que l'on veut mettre en évidence, afin de pouvoir
47
comprendre les lois régissant le comportement mécanique du
massif salifère. Il est malheureusement masqué en partie par
les deux autres phénomènes suivants :
- le réchauffement des fluides de forage,
- la dissolution.
4.1. - La mesure des déformations (convergence) dues au fluage des
cavités et des forages
Ainsi que nous l'avons déjà signalé, la mesure des déforma¬
tions in-situ est indispensable pour vérifier la loi de fluage et caler
les paramètres de cette loi.
La vitesse de fermeture par fluage d'une ouverture souterraine
dépendra de la profondeur, de la température, de la forme de la cavité,
de la pression du fluide contenu dans la cavité et des propriétés
propres au sel (KELSALL, 1983). L'effet de chacun de ces paramètres peut
être étudié en utilisant les solutions, incorporant une loi de fluage
pour des ouvertures cylindriques ou sphériques, développées par
CHABANNES (1983) entre autre.
HARDY, CHABANNES et MRUGALA (1983) ont développé les solutions
donnant, pour un cylindre creux épais :
la contrainte tangentielle à la paroi
- */n (P^ - P.)0 = v3 a 0 1
e ^/nn r
0 = contrainte effectivee
P. = pression interne
P = contrainte hydrostatique
n = constante déterminée expérimentalement
a = rayon intérieur du cylindre creux épais
r = rayon extérieur du cylindre.
47
comprendre les lois régissant le comportement mécanique du
massif salifère. Il est malheureusement masqué en partie par
les deux autres phénomènes suivants :
- le réchauffement des fluides de forage,
- la dissolution.
4.1. - La mesure des déformations (convergence) dues au fluage des
cavités et des forages
Ainsi que nous l'avons déjà signalé, la mesure des déforma¬
tions in-situ est indispensable pour vérifier la loi de fluage et caler
les paramètres de cette loi.
La vitesse de fermeture par fluage d'une ouverture souterraine
dépendra de la profondeur, de la température, de la forme de la cavité,
de la pression du fluide contenu dans la cavité et des propriétés
propres au sel (KELSALL, 1983). L'effet de chacun de ces paramètres peut
être étudié en utilisant les solutions, incorporant une loi de fluage
pour des ouvertures cylindriques ou sphériques, développées par
CHABANNES (1983) entre autre.
HARDY, CHABANNES et MRUGALA (1983) ont développé les solutions
donnant, pour un cylindre creux épais :
la contrainte tangentielle à la paroi
- */n (P^ - P.)0 = v3 a 0 1
e ^/nn r
0 = contrainte effectivee
P. = pression interne
P = contrainte hydrostatique
n = constante déterminée expérimentalement
a = rayon intérieur du cylindre creux épais
r = rayon extérieur du cylindre.
48
la vitesse radiale de déplacement
,, ,, 2a '/"(P - P.) ". ,/3.n+l f- 0 1 .,u = -ê^(^) [( f7ïî-)l-r
no r
ê = vitesse de fluage secondaire déterminé en laboratoire pour o = oc c
La variation de volume au bout du temps t
2 (P - P. ) ^AV/y = - 200 A exp (- ^) (î^)"*^ [( £ ^) ] t
c
où A, Q et n sont les paramètres de la loi de fluage en puissance,
exprimée sous la forme suivante donnant la vitesse de déformation
effective de fluage :
0 , ^^ .
,c . / rt/nmv / e.n oe = contraante effectiveê = A exp (- Q/RT) ( ) ,
® c oc = constante de normalisation
De leur côté, PASSARIS et HORSEMAN (1982) proposent des
relations très similaires :
- pour la vitesse radiale de déplacement :
, P - P. n ,, .m-1 , o i> a^u = A t ( )
r n r
- et pour la vitesse de déformation volumique
xw , P - P. n/AV. . .m-1 / o 1,(tt-)»-," 2 m a t ( )V r=a n
48
la vitesse radiale de déplacement
,, ,, 2a '/"(P - P.) ". ,/3.n+l f- 0 1 .,u = -ê^(^) [( f7ïî-)l-r
no r
ê = vitesse de fluage secondaire déterminé en laboratoire pour o = oc c
La variation de volume au bout du temps t
2 (P - P. ) ^AV/y = - 200 A exp (- ^) (î^)"*^ [( £ ^) ] t
c
où A, Q et n sont les paramètres de la loi de fluage en puissance,
exprimée sous la forme suivante donnant la vitesse de déformation
effective de fluage :
0 , ^^ .
,c . / rt/nmv / e.n oe = contraante effectiveê = A exp (- Q/RT) ( ) ,
® c oc = constante de normalisation
De leur côté, PASSARIS et HORSEMAN (1982) proposent des
relations très similaires :
- pour la vitesse radiale de déplacement :
, P - P. n ,, .m-1 , o i> a^u = A t ( )
r n r
- et pour la vitesse de déformation volumique
xw , P - P. n/AV. . .m-1 / o 1,(tt-)»-," 2 m a t ( )V r=a n
49
Des mesures réalisées sur 400 jours, pour une excavation de
7,6 m de diamètre réalisée dans le sel à une profondeur de 1 056 m plus
d'un an auparavant, donnent des valeurs moyennes de fluage entre
4,3.10 et 6,8.10 mm/jour (PASSARIS, 1982) sur des bases égales
respectivement à 12,10 m et 8,20 m.
Des mesures réalisées dans un forage de 0,2 m de diamètre, à
167,6 m de profondeur sur 100 jours, dans des conditions contrôlées et
représentatives de celles attendues dans le cas d'un stockage (LOKEN,
1983) montrent que :
- la déformation radiale maximum passe de 4,6% pour une tempéra¬
ture de 27*0 à 11 % pour une température de 60"C ;
- la variation de volume passe de 6,5 % dans le premier cas à
20,5 % dans le deuxième. L'influence de la contrainte sur la
vitesse de fluage du forage a également été étudiée. Les
résultats obtenus lors de cette étude montrent que l'effet de
la température est prédominant sur celui de la contrainte.
J. PRIJ (1985) a pu mesurer qu'en un an, un forage, dans la
mine de Asse (RFA), à 1 050 m de profondeur, dont le diamètre était de
300 mm a vu ce dernier diminué de 10 mm.
Il a, par ailleurs, étudié l'influence de la pression litho¬
statique sur la déformation : une convergence diamétrale de 10 cm
obtenue au bout d'un an pour une pression de 17 MPa, est atteinte au
bout de 110 jours, pour une pression lithostatique de 22 MPa. De même,
un vide initial de 5 cm entre un container et la cavité est fermée au
bout de 20 jours, sous l'effet d'un chauffage jusqu'à une température de
180"C. Au-delà de cette période, la contrainte sur le container croît
jusqu'à un maximum de 35 MPa, au bout d'un mois.
G. FERNANDEZ (1984) observe qu'il n'y a pas de fluage secon¬
daire dans le sel autour d'une ouverture et que la vitesse des déforma¬
tions de fluage diminue avec le temps. Cette diminution dépend de la
valeur de la contrainte.
49
Des mesures réalisées sur 400 jours, pour une excavation de
7,6 m de diamètre réalisée dans le sel à une profondeur de 1 056 m plus
d'un an auparavant, donnent des valeurs moyennes de fluage entre
4,3.10 et 6,8.10 mm/jour (PASSARIS, 1982) sur des bases égales
respectivement à 12,10 m et 8,20 m.
Des mesures réalisées dans un forage de 0,2 m de diamètre, à
167,6 m de profondeur sur 100 jours, dans des conditions contrôlées et
représentatives de celles attendues dans le cas d'un stockage (LOKEN,
1983) montrent que :
- la déformation radiale maximum passe de 4,6% pour une tempéra¬
ture de 27*0 à 11 % pour une température de 60"C ;
- la variation de volume passe de 6,5 % dans le premier cas à
20,5 % dans le deuxième. L'influence de la contrainte sur la
vitesse de fluage du forage a également été étudiée. Les
résultats obtenus lors de cette étude montrent que l'effet de
la température est prédominant sur celui de la contrainte.
J. PRIJ (1985) a pu mesurer qu'en un an, un forage, dans la
mine de Asse (RFA), à 1 050 m de profondeur, dont le diamètre était de
300 mm a vu ce dernier diminué de 10 mm.
Il a, par ailleurs, étudié l'influence de la pression litho¬
statique sur la déformation : une convergence diamétrale de 10 cm
obtenue au bout d'un an pour une pression de 17 MPa, est atteinte au
bout de 110 jours, pour une pression lithostatique de 22 MPa. De même,
un vide initial de 5 cm entre un container et la cavité est fermée au
bout de 20 jours, sous l'effet d'un chauffage jusqu'à une température de
180"C. Au-delà de cette période, la contrainte sur le container croît
jusqu'à un maximum de 35 MPa, au bout d'un mois.
G. FERNANDEZ (1984) observe qu'il n'y a pas de fluage secon¬
daire dans le sel autour d'une ouverture et que la vitesse des déforma¬
tions de fluage diminue avec le temps. Cette diminution dépend de la
valeur de la contrainte.
50
NELSON (1982) donne une méthodologie très détaillée pour
étudier le fluage des parois d'un forage par la mesure de variations de
volume. Le matériel utilisé est le même que celui utilisé pour la
fracturation hydraulique. Les tests sont effectués sur des couches de
sel sélectionnées et isolées avec un système d'obturateurs. La déforma¬
tion volumique, AV/V augmente à mesure qu'on réduit la pression de
fluide sur la zone testée, et augmente avec la profondeur pour des
diminutions de pressions identiques. La vitesse de fluage à court terme
augmente avec la profondeur. Ceci s'accompagne d'une augmentation de la
plasticité.
Enfin, LADANYI (1983, 1984) utilise le dilatomètre de forage
(pressionmètre MENARD type G et cellule CSM) , pour déterminer le module
d' YOUNG et également les propriétés de fluage à court terme et à long
terme.
P. DUFFAUT et J. BONVALLET (1979) ont observé en mine sur des
piliers le caractère régulièrement linéaire de la plupart des déforma¬
tions : à 135 ra de profondeur sur des piliers de 46 m de côté, ils ont
mesuré des déformations de l'ordre de 0,4 mm/an. M-M.A. NIANGOULA (1981)
note que, d'après des mesures effectuées depuis 10 ans dans la même mine
de Varangeville, les piliers continuent de se raccourcir régulièrement
même dans le cas des plus anciens qui sont en charge depuis plus d'un
siècle.
4.2. - La mesure des contraintes in-situ dans le sel geimne par
fracturation hydraulique
B. COME (1982) fait état de travaux réalisés dans ce domaine
et signale que, à cette date, seule cette méthode a donné des résultats
exploitables. Les conclusions préliminaires des mesures citées font
apparaître :
- l'existence d'un champ de contrainte anisotrope dans le sel,
- une contrainte verticale inférieure au poids des terres, à la
cote considérée (à 800 m de profondeur).
50
NELSON (1982) donne une méthodologie très détaillée pour
étudier le fluage des parois d'un forage par la mesure de variations de
volume. Le matériel utilisé est le même que celui utilisé pour la
fracturation hydraulique. Les tests sont effectués sur des couches de
sel sélectionnées et isolées avec un système d'obturateurs. La déforma¬
tion volumique, AV/V augmente à mesure qu'on réduit la pression de
fluide sur la zone testée, et augmente avec la profondeur pour des
diminutions de pressions identiques. La vitesse de fluage à court terme
augmente avec la profondeur. Ceci s'accompagne d'une augmentation de la
plasticité.
Enfin, LADANYI (1983, 1984) utilise le dilatomètre de forage
(pressionmètre MENARD type G et cellule CSM) , pour déterminer le module
d' YOUNG et également les propriétés de fluage à court terme et à long
terme.
P. DUFFAUT et J. BONVALLET (1979) ont observé en mine sur des
piliers le caractère régulièrement linéaire de la plupart des déforma¬
tions : à 135 ra de profondeur sur des piliers de 46 m de côté, ils ont
mesuré des déformations de l'ordre de 0,4 mm/an. M-M.A. NIANGOULA (1981)
note que, d'après des mesures effectuées depuis 10 ans dans la même mine
de Varangeville, les piliers continuent de se raccourcir régulièrement
même dans le cas des plus anciens qui sont en charge depuis plus d'un
siècle.
4.2. - La mesure des contraintes in-situ dans le sel geimne par
fracturation hydraulique
B. COME (1982) fait état de travaux réalisés dans ce domaine
et signale que, à cette date, seule cette méthode a donné des résultats
exploitables. Les conclusions préliminaires des mesures citées font
apparaître :
- l'existence d'un champ de contrainte anisotrope dans le sel,
- une contrainte verticale inférieure au poids des terres, à la
cote considérée (à 800 m de profondeur).
51
Si ces résultats se confirmaient, ils pourraient remettre en
cause l'hypothèse généralement admise pour les formations salines de
l'isotropie des contraintes (B. COME ne donne pas de référence concer¬
nant les auteurs de ces travaux).
Les travaux réalisés dans ce domaine ne sont pas encore très
nombreux. Nous relèverons plus particulièrement ceux de NELSON et son
équipe (1982) pour leur qualité et la clarté dans la présentation des
résultats, ainsi que pour les indications pratiques fournies.
La technique de fracturation hydraulique consiste à injecter
sous pression un fluide dans une portion de forage, jusqu'à ce qu'une
fracture soit créée.
Pour un forage vertical dans un milieu isotrope, dans l'hy¬
pothèse où une des contraintes principales est verticale, une fracture
est créée lorsque la pression de fracturation est telle que :
Pb = 3 s^ - ^H - Pp * T
ou s. : est la contrainte horizontale mineure perpendiculaire à la
fracture
S : est la contrainte horizontale majeuren
Pp : est la pression interstitielle ; dans ce cas, c'est la pres¬
sion de la colonne du fluide de fracturation dans le tubing
T : est la résistance à la traction.
En plus des conditions déjà mentionnées, l'application de
cette formule suppose que la zone testée soit bien homogène (couche
unique) et qu'il n'y ait pas de fracture préexistante.
Le fluide de fracturation utilisé est soit de l'huile hydrau¬
lique pour les tests en laboratoire (P. KIERSTEN, 1984), soit une
saumure de densité 1,4 pour des tests in-situ (R.A. NELSON, 1982).
51
Si ces résultats se confirmaient, ils pourraient remettre en
cause l'hypothèse généralement admise pour les formations salines de
l'isotropie des contraintes (B. COME ne donne pas de référence concer¬
nant les auteurs de ces travaux).
Les travaux réalisés dans ce domaine ne sont pas encore très
nombreux. Nous relèverons plus particulièrement ceux de NELSON et son
équipe (1982) pour leur qualité et la clarté dans la présentation des
résultats, ainsi que pour les indications pratiques fournies.
La technique de fracturation hydraulique consiste à injecter
sous pression un fluide dans une portion de forage, jusqu'à ce qu'une
fracture soit créée.
Pour un forage vertical dans un milieu isotrope, dans l'hy¬
pothèse où une des contraintes principales est verticale, une fracture
est créée lorsque la pression de fracturation est telle que :
Pb = 3 s^ - ^H - Pp * T
ou s. : est la contrainte horizontale mineure perpendiculaire à la
fracture
S : est la contrainte horizontale majeuren
Pp : est la pression interstitielle ; dans ce cas, c'est la pres¬
sion de la colonne du fluide de fracturation dans le tubing
T : est la résistance à la traction.
En plus des conditions déjà mentionnées, l'application de
cette formule suppose que la zone testée soit bien homogène (couche
unique) et qu'il n'y ait pas de fracture préexistante.
Le fluide de fracturation utilisé est soit de l'huile hydrau¬
lique pour les tests en laboratoire (P. KIERSTEN, 1984), soit une
saumure de densité 1,4 pour des tests in-situ (R.A. NELSON, 1982).
52
La vitesse d'injection est maintenue constante et comprise
entre 2 et 20 1/mn, jusqu'à ce que la pression atteigne un maximum,
c'est-à-dire jusqu'à ce que la fracture soit créée. La pression doit
ensuite être parfaitement contrôlée, et on réalise une série de cycles
(injection-filtration) avec des débits plus importants, afin de mesurer
la pression instantanée de fermeture et la pression de réouverture.
L'auteur indique une méthode graphique pour déterminer avec précision
ces pressions (NELSON, 1982).
P. KIERSTEN (1984) recommande, pour des tests de fracturation
hydraulique in-situ, de ne pas dépasser une vitesse de montée en pres¬
sion de 10 MPa/h. Par ailleurs, selon cet auteur les propriétés de
fracturation du sel dépendent de la viscosité du fluide utilisé. Pour
WAWERSIK (1984), la courbe de pression obtenue ne dépend ni de la
vitesse d'injection, ni de la viscosité du fluide, qui doit être com¬
prise entre 5 et 50 cSt (» centistokes).
La forme et les directions de fracture sont déterminées par
observation directe après excavation (WAWEEISIK, 1984) ou à l'aide de
packer à empreinte et/ou caméra de forage (NELSON, 1982). On observe
souvent in-situ la création de fractures multiples, ce qui complique
l'interprétation des résultats.
Cette interprétation peut être facilitée par des tests de
fracturation en laboratoire et par une analyse par éléments finis
(WAWERSIK, 1984).
Par ailleurs, il faut tenir compte de l'effet de fluage sur la
distribution des contraintes autour du forage. L'analyse élastique est
fallacieuse même si la fracturation hydraulique est réalisée seulement
quelques heures après la foration (WAWERSIK, 1984). Pour NELSON (1982),
les hypothèses suivantes sont implicites :
52
La vitesse d'injection est maintenue constante et comprise
entre 2 et 20 1/mn, jusqu'à ce que la pression atteigne un maximum,
c'est-à-dire jusqu'à ce que la fracture soit créée. La pression doit
ensuite être parfaitement contrôlée, et on réalise une série de cycles
(injection-filtration) avec des débits plus importants, afin de mesurer
la pression instantanée de fermeture et la pression de réouverture.
L'auteur indique une méthode graphique pour déterminer avec précision
ces pressions (NELSON, 1982).
P. KIERSTEN (1984) recommande, pour des tests de fracturation
hydraulique in-situ, de ne pas dépasser une vitesse de montée en pres¬
sion de 10 MPa/h. Par ailleurs, selon cet auteur les propriétés de
fracturation du sel dépendent de la viscosité du fluide utilisé. Pour
WAWERSIK (1984), la courbe de pression obtenue ne dépend ni de la
vitesse d'injection, ni de la viscosité du fluide, qui doit être com¬
prise entre 5 et 50 cSt (» centistokes).
La forme et les directions de fracture sont déterminées par
observation directe après excavation (WAWEEISIK, 1984) ou à l'aide de
packer à empreinte et/ou caméra de forage (NELSON, 1982). On observe
souvent in-situ la création de fractures multiples, ce qui complique
l'interprétation des résultats.
Cette interprétation peut être facilitée par des tests de
fracturation en laboratoire et par une analyse par éléments finis
(WAWERSIK, 1984).
Par ailleurs, il faut tenir compte de l'effet de fluage sur la
distribution des contraintes autour du forage. L'analyse élastique est
fallacieuse même si la fracturation hydraulique est réalisée seulement
quelques heures après la foration (WAWERSIK, 1984). Pour NELSON (1982),
les hypothèses suivantes sont implicites :
53
- l'axe d'une des contraintes principales est vertical,
- la fracture se propage parallèlement à la contrainte horizon¬
tale majeure et perpendiculairement à la contrainte horizon¬
tale mineure,
- la couche de sel est homogène et isotrope,
- le sel se déforme élastiquement.
Sur le site qu'il a étudié (Dôme de Gibson, Utah) les résul¬
tats montrent que la contrainte horizontale mineure, définie comme la
pression de fermeture instantanée est égale au poids des terrains. Les
valeurs des contraintes horizontales augmentent avec la profondeur et
NELSON (1982) a trouvé un rapport de 1,5 entre la contrainte majeure et
la contrainte mineure.
Ce même auteur conclut pour le site étudié, que le sel a
plutôt un comportement élastique fragile pour des profondeurs inférieu¬
res à 1 200 m et un comporteraent plastique pour des profondeurs plus
grandes. Ainsi l'hypothèse initiale de déformation élastique et l'esti¬
mation de la pression interstitielle utilisée dans l'interprétation ne
semblent pas applicable dans le cas du sel.
N. MENZEL (1983) et FORSTER (1981) ont réalisés des tests de
fracturation hydraulique dans des sondages horizontaux réalisés à partir
de galeries de 3 m de diamètre. Ils ont constaté qu'à partir de 5 m de
distance des galeries, la pression de fermeture était constante et
correspondait approximativement à la contrainte lithostatique. Selon cet
auteur, les résultats de fracturation hydraulique confirment qu'il
existe un état de contrainte de base hydrostatique à peu près égal à la
pression lithostatique.
53
- l'axe d'une des contraintes principales est vertical,
- la fracture se propage parallèlement à la contrainte horizon¬
tale majeure et perpendiculairement à la contrainte horizon¬
tale mineure,
- la couche de sel est homogène et isotrope,
- le sel se déforme élastiquement.
Sur le site qu'il a étudié (Dôme de Gibson, Utah) les résul¬
tats montrent que la contrainte horizontale mineure, définie comme la
pression de fermeture instantanée est égale au poids des terrains. Les
valeurs des contraintes horizontales augmentent avec la profondeur et
NELSON (1982) a trouvé un rapport de 1,5 entre la contrainte majeure et
la contrainte mineure.
Ce même auteur conclut pour le site étudié, que le sel a
plutôt un comportement élastique fragile pour des profondeurs inférieu¬
res à 1 200 m et un comporteraent plastique pour des profondeurs plus
grandes. Ainsi l'hypothèse initiale de déformation élastique et l'esti¬
mation de la pression interstitielle utilisée dans l'interprétation ne
semblent pas applicable dans le cas du sel.
N. MENZEL (1983) et FORSTER (1981) ont réalisés des tests de
fracturation hydraulique dans des sondages horizontaux réalisés à partir
de galeries de 3 m de diamètre. Ils ont constaté qu'à partir de 5 m de
distance des galeries, la pression de fermeture était constante et
correspondait approximativement à la contrainte lithostatique. Selon cet
auteur, les résultats de fracturation hydraulique confirment qu'il
existe un état de contrainte de base hydrostatique à peu près égal à la
pression lithostatique.
54
En terminant cette analyse bibliographique qui est loin d'être
exhaustive, il faut souligner qu'un certain nombre de sites français,
maintenant très connus, tels Tersanne, Etrez ou Manosque ont été bien
étudiés et font d'ailleurs toujours l'objet de mesures, en particulier
du comportement mécanique. Il s'agit de cavernes réalisées dans des
massifs salifères pour le stockage de gaz.
Il n'y a pas eu, â notre connaissance sur ces sites, de
mesures géomécaniques réalisées en forage, l'objectif étant très diffé¬
rent de celui d'un site de stockage de déchets industriels ou
radioactifs. Ainsi la quasi-totalité des études in-situ réalisées pour
ce dernier objectif et dont nous avons présenté les résultats,
concernent des sites aux Etats-Unis ou en République Fédérale Allemande.
54
En terminant cette analyse bibliographique qui est loin d'être
exhaustive, il faut souligner qu'un certain nombre de sites français,
maintenant très connus, tels Tersanne, Etrez ou Manosque ont été bien
étudiés et font d'ailleurs toujours l'objet de mesures, en particulier
du comportement mécanique. Il s'agit de cavernes réalisées dans des
massifs salifères pour le stockage de gaz.
Il n'y a pas eu, â notre connaissance sur ces sites, de
mesures géomécaniques réalisées en forage, l'objectif étant très diffé¬
rent de celui d'un site de stockage de déchets industriels ou
radioactifs. Ainsi la quasi-totalité des études in-situ réalisées pour
ce dernier objectif et dont nous avons présenté les résultats,
concernent des sites aux Etats-Unis ou en République Fédérale Allemande.
55
5 - LES PHENOMENES DE TRANSPORT ET DE EUETENTION DANS LA ROCHE SALINE.
5.1. - Teneur en eau et inclusions fluides
Une étude statistique (OCDE - 1981) réalisée sur 202
échantillons provenant de différents niveaux de la mine de ASSE
(République Fédérale d'Allemagne) montre que les teneurs en eau de la
roche saline sont extrêmement faibles : 90 % des échantillons ont une
teneur en eau inférieure à 0,4 % en poids. Par ailleurs l'étude montre
que 99 % de cette eau est de l'eau de constitution des minéraiix associés
tels la polyhalite, la kiésérite, les argiles. 1 % seulement de l'eau se
présente sous forme d'inclusions fluides ou à l'état adsorbe aux limites
de cristaux, soit 0,004 % en poids et 0,0086 % en volume.
La figure ci-après montre, dans ce cas, que la teneur en eau
n'est pas constante dans tous les échantillons. Elle dépend en
particulier de la quantité de minéraux associés au sel.
Fig. 1:
O.L 0.5 0.6water content (%)
Distribution frequency of the total water content ot 202 rocksamples from the Asse salt mine
salt
(d'après N. Jockwer - 1981)
55
5 - LES PHENOMENES DE TRANSPORT ET DE EUETENTION DANS LA ROCHE SALINE.
5.1. - Teneur en eau et inclusions fluides
Une étude statistique (OCDE - 1981) réalisée sur 202
échantillons provenant de différents niveaux de la mine de ASSE
(République Fédérale d'Allemagne) montre que les teneurs en eau de la
roche saline sont extrêmement faibles : 90 % des échantillons ont une
teneur en eau inférieure à 0,4 % en poids. Par ailleurs l'étude montre
que 99 % de cette eau est de l'eau de constitution des minéraiix associés
tels la polyhalite, la kiésérite, les argiles. 1 % seulement de l'eau se
présente sous forme d'inclusions fluides ou à l'état adsorbe aux limites
de cristaux, soit 0,004 % en poids et 0,0086 % en volume.
La figure ci-après montre, dans ce cas, que la teneur en eau
n'est pas constante dans tous les échantillons. Elle dépend en
particulier de la quantité de minéraux associés au sel.
Fig. 1:
O.L 0.5 0.6water content (%)
Distribution frequency of the total water content ot 202 rocksamples from the Asse salt mine
salt
(d'après N. Jockwer - 1981)
56
5.1.1. - L'eau dans le sel
Selon certains auteurs (Mc Cauley and al. 1987) la teneur en
eau initiale est différente en général pour le sel en couche et le sel
en dôme : pour des sites aux Etats-Unis, ces auteurs prennent comme
valeur moyenne de la teneur en eau 5 % en volume (2,4 % en poids*) pour
le sel en couche et 0,5 % en volume (0,24 % en poids) pour le sel en
dôme. La convertion de la "teneur en eau en volume", V %, en "teneur en
eau en poids" P % se fait par la formule :
100
P % =
psel 100
1 + ( 1)
peau V %
avec très souvent psel - 2,16 et peau = 1.
En résumé la majeure partie de l'eau présente dans la roche
saline se présente essentiellement sous trois formes :
1 - eau des minéraux hydratés (argiles et sels hydratés,...)
2 - eau de remplissage des pores intergranulaires
3 - eau des inclusions fluides intragranulaires.
C'est cette variété de formes qui complique la détermination
de la teneur en eau d'un échantillon mais surtout fait que les résultats
de certaines déterminations ne sont pas comparables entre e\ix. Par
ailleurs l'échantillonnage, la préparation de l'échantillon et les
techniques analytiques utilisées (grande variété de méthodes physiques
et chimiques) ont également une influence sur le résultat de cette
détermination (E. Roedder 1982).
Comme on l'a souligné précédemment, aussi bien le sel en
couche que le sel en dôme sont caractérisés par une très grande varia¬
tion de la teneur en eau d'un point à un autre.
56
5.1.1. - L'eau dans le sel
Selon certains auteurs (Mc Cauley and al. 1987) la teneur en
eau initiale est différente en général pour le sel en couche et le sel
en dôme : pour des sites aux Etats-Unis, ces auteurs prennent comme
valeur moyenne de la teneur en eau 5 % en volume (2,4 % en poids*) pour
le sel en couche et 0,5 % en volume (0,24 % en poids) pour le sel en
dôme. La convertion de la "teneur en eau en volume", V %, en "teneur en
eau en poids" P % se fait par la formule :
100
P % =
psel 100
1 + ( 1)
peau V %
avec très souvent psel - 2,16 et peau = 1.
En résumé la majeure partie de l'eau présente dans la roche
saline se présente essentiellement sous trois formes :
1 - eau des minéraux hydratés (argiles et sels hydratés,...)
2 - eau de remplissage des pores intergranulaires
3 - eau des inclusions fluides intragranulaires.
C'est cette variété de formes qui complique la détermination
de la teneur en eau d'un échantillon mais surtout fait que les résultats
de certaines déterminations ne sont pas comparables entre e\ix. Par
ailleurs l'échantillonnage, la préparation de l'échantillon et les
techniques analytiques utilisées (grande variété de méthodes physiques
et chimiques) ont également une influence sur le résultat de cette
détermination (E. Roedder 1982).
Comme on l'a souligné précédemment, aussi bien le sel en
couche que le sel en dôme sont caractérisés par une très grande varia¬
tion de la teneur en eau d'un point à un autre.
57
La connaissance de la teneur en eau in-situ et sa nature
exacte sont d'une importance primordiale vis à vis des différents
aspects de la conception et de l'exploitation du stockage des déchets
radioactifs ; en effet le comportement de cette eau sera, en fonction de
sa forme, différent suivant les diverses conditions possibles du
stockage.
5.1.2. - Les inclusions fluides
On a vu qu'en général les inclusions fluides ne représentaient
qu'une faible partie de l'eau contenue dans un échantillon de sel.
Ces inclusions sont de deux types (E. ROEDDER, 1982, K.A.
HOLDOWAY, 1973) :
- les inclusions primaires originelles, très petites (dimension
< 5 vm) mais très nombreuses (population ~ 10 /cm')
- les inclusions primaires recristallisées souvent le long de
fractures dans le sel, de dimensions plus grandes (de 100 ym à
2 mm) avec une distribution aléatoire
Selon E. ROEDDER (1982) les très petites inclusions ne repré¬
sentent qu'une très faible partie de la quantité d'eau totale contenue
dans la roche saline.
Outre de l'eau (sous forrae de saumure) ces inclusions peuvent
contenir aussi des composants gazeux tels que HjS, COa, HCl et des
hydrocarbures (CHh), ainsi que des phases solides (chlorures de Ca, Mg
et K, sulfates (anhydrite), etc.).
La caractéristique la plus significative des inclusions
fluides dans le sel en couche est que très souvent elles sont composées
d'un mélange NaCl - H2O pratiquement pur. Cette solution NaCl - H2O peut
avoir trois origines possibles :
57
La connaissance de la teneur en eau in-situ et sa nature
exacte sont d'une importance primordiale vis à vis des différents
aspects de la conception et de l'exploitation du stockage des déchets
radioactifs ; en effet le comportement de cette eau sera, en fonction de
sa forme, différent suivant les diverses conditions possibles du
stockage.
5.1.2. - Les inclusions fluides
On a vu qu'en général les inclusions fluides ne représentaient
qu'une faible partie de l'eau contenue dans un échantillon de sel.
Ces inclusions sont de deux types (E. ROEDDER, 1982, K.A.
HOLDOWAY, 1973) :
- les inclusions primaires originelles, très petites (dimension
< 5 vm) mais très nombreuses (population ~ 10 /cm')
- les inclusions primaires recristallisées souvent le long de
fractures dans le sel, de dimensions plus grandes (de 100 ym à
2 mm) avec une distribution aléatoire
Selon E. ROEDDER (1982) les très petites inclusions ne repré¬
sentent qu'une très faible partie de la quantité d'eau totale contenue
dans la roche saline.
Outre de l'eau (sous forrae de saumure) ces inclusions peuvent
contenir aussi des composants gazeux tels que HjS, COa, HCl et des
hydrocarbures (CHh), ainsi que des phases solides (chlorures de Ca, Mg
et K, sulfates (anhydrite), etc.).
La caractéristique la plus significative des inclusions
fluides dans le sel en couche est que très souvent elles sont composées
d'un mélange NaCl - H2O pratiquement pur. Cette solution NaCl - H2O peut
avoir trois origines possibles :
58
1. Cela peut être de l'eau de mer piégée dans le cristal de
sel, avant que l'évaporation et la cristallisation ne provo¬
quent l'accumulation d'autres ions
2. Ce peut être de l'eau provenant de la déshydratation des
argiles ou de la transformation d'autres phases, telles que du
gypse en anhydrite, pendant la diagénèse
3. Ce peut être enfin de l'eau nouvelle qui a pénétré dans le
sel à un moment quelconque dans le passé et qui est restée
piégée.
5.2 - Influence d'un gradient de température : migration de l'eau
et des inclusions
Quand on chauffe le sel, la saumure, piégée le long des
limites de cristaux et dans les petites inclusions à l'intérieur des
cristaux, se déplace vers la source chaude.
Deux types de migration de saumure ont été observés, corres¬
pondant aux deux modes de piégeage de la saumure dans le sel (cf. schéma
ci-après) :
a) la migration intracristalline : migration de chaque inclusion
de saumure vers la source chaude
b) la migration intercristalline : mouvement de la saumure le
long des limites de cristaux.
La migration intracristalline est assez bien connue : sous
l'effet d'un gradient thermique, la solubilité du sel dans la saumure
augmente du côté de la face chaude de l'inclusion. Il en résulte une
dissolution du sel sur cette face. Le sel dissous est transporté à
travers l'inclusion vers la face froide où la saumure se trouve sur¬
saturée. Il en découle une précipitation du sel sur la face froide de
l'inclusion. Par ce processus continu de dissolution-transport-précipi¬
tation.
58
1. Cela peut être de l'eau de mer piégée dans le cristal de
sel, avant que l'évaporation et la cristallisation ne provo¬
quent l'accumulation d'autres ions
2. Ce peut être de l'eau provenant de la déshydratation des
argiles ou de la transformation d'autres phases, telles que du
gypse en anhydrite, pendant la diagénèse
3. Ce peut être enfin de l'eau nouvelle qui a pénétré dans le
sel à un moment quelconque dans le passé et qui est restée
piégée.
5.2 - Influence d'un gradient de température : migration de l'eau
et des inclusions
Quand on chauffe le sel, la saumure, piégée le long des
limites de cristaux et dans les petites inclusions à l'intérieur des
cristaux, se déplace vers la source chaude.
Deux types de migration de saumure ont été observés, corres¬
pondant aux deux modes de piégeage de la saumure dans le sel (cf. schéma
ci-après) :
a) la migration intracristalline : migration de chaque inclusion
de saumure vers la source chaude
b) la migration intercristalline : mouvement de la saumure le
long des limites de cristaux.
La migration intracristalline est assez bien connue : sous
l'effet d'un gradient thermique, la solubilité du sel dans la saumure
augmente du côté de la face chaude de l'inclusion. Il en résulte une
dissolution du sel sur cette face. Le sel dissous est transporté à
travers l'inclusion vers la face froide où la saumure se trouve sur¬
saturée. Il en découle une précipitation du sel sur la face froide de
l'inclusion. Par ce processus continu de dissolution-transport-précipi¬
tation.
59
T2>T, ; P2>P,
FLOW ALONG
CRYSTAL FACES
T, ; P,
INTRACRYSTALUNE
FLOW
Figure 1-1. Schematic Representation of Liquid Brine Transport
d'après J.L. RATIGAN - 1987 - ONWI - 384
59
T2>T, ; P2>P,
FLOW ALONG
CRYSTAL FACES
T, ; P,
INTRACRYSTALUNE
FLOW
Figure 1-1. Schematic Representation of Liquid Brine Transport
d'après J.L. RATIGAN - 1987 - ONWI - 384
60
l'inclusion migre lentement à travers le cristal de sel. C'est la
dissolution du sel sur la face chaude qui limite la vitesse du phéno¬
mène. Chaque inclusion se déplace ainsi jusqu'à ce qu'elle atteigne
l'interface cristallin. La migration intracristalline s'arrête là. Sauf
sous des gradients thermiques très élevés, l'inclusion ne peut migrer à
travers une limite de cristal. Cependant la saumure de l'inclusion passe
dans le réseau intercristallin et peut continuer à migrer vers la source
chaude.
- Le mouvement intercristallin est moins bien connu, mais il
dépend probablement du gradient de pression. Il est générale¬
ment modélisé comme un écoulement de Darcy. On assimile alors
le systèrae complexe des surfaces de joint de grain à un milieu
poreux équivalent.
Les premiers auteurs qui ont étudié la théorie de ces phénomè¬
nes ont fourni plusieurs raisons prouvant l'existence d'un gradient de
température en dessous duquel l'inclusion de saumure reste immobile. Ils
se réfèrent à des constatations expérimentales et à des observations de
la distribution des inclusions de saumure dans les formations de sel en
couche (J.L. Ratigan 1987). Cependant ce concept de seuil pour le
gradient de température est controversé (V.S. Mc Canley 1987). Le seuil
le plus élevé de ce gradient, estim.é par Jenks et Clairborne, est de
0,125"C/cm à une température de lOO'C
Les inclusions de saumure qui contiennent une phase vapeur
sont d'un grand intérêt, car elles migrent en s'éloignant de la source
chaude. (J.V. Biggers 1982 - V.S. Mc Canley 1987). Ceci se produit grâce
au processus continu : evaporation d'hximidité et précipitation du sel
sur la face chaude - diffusion de vapeur d'eau à travers la phase vapeur
- dissolution du sel par condensation d'humidité sur la face froide -
60
l'inclusion migre lentement à travers le cristal de sel. C'est la
dissolution du sel sur la face chaude qui limite la vitesse du phéno¬
mène. Chaque inclusion se déplace ainsi jusqu'à ce qu'elle atteigne
l'interface cristallin. La migration intracristalline s'arrête là. Sauf
sous des gradients thermiques très élevés, l'inclusion ne peut migrer à
travers une limite de cristal. Cependant la saumure de l'inclusion passe
dans le réseau intercristallin et peut continuer à migrer vers la source
chaude.
- Le mouvement intercristallin est moins bien connu, mais il
dépend probablement du gradient de pression. Il est générale¬
ment modélisé comme un écoulement de Darcy. On assimile alors
le systèrae complexe des surfaces de joint de grain à un milieu
poreux équivalent.
Les premiers auteurs qui ont étudié la théorie de ces phénomè¬
nes ont fourni plusieurs raisons prouvant l'existence d'un gradient de
température en dessous duquel l'inclusion de saumure reste immobile. Ils
se réfèrent à des constatations expérimentales et à des observations de
la distribution des inclusions de saumure dans les formations de sel en
couche (J.L. Ratigan 1987). Cependant ce concept de seuil pour le
gradient de température est controversé (V.S. Mc Canley 1987). Le seuil
le plus élevé de ce gradient, estim.é par Jenks et Clairborne, est de
0,125"C/cm à une température de lOO'C
Les inclusions de saumure qui contiennent une phase vapeur
sont d'un grand intérêt, car elles migrent en s'éloignant de la source
chaude. (J.V. Biggers 1982 - V.S. Mc Canley 1987). Ceci se produit grâce
au processus continu : evaporation d'hximidité et précipitation du sel
sur la face chaude - diffusion de vapeur d'eau à travers la phase vapeur
- dissolution du sel par condensation d'humidité sur la face froide -
61
transport de sel par la phase liquide. Les inclusions fluides contenant
moins de 10 % de phase vapeur se déplacent vers la source chaude, et
celles contenant plus de 10 % de phase vapeur s'éloignent de la source
chaude (K.A. HOLDOWAY - 1973). De même que les inclusions liquides, ces
inclusions biphasées atteignent éventuellement la limite du cristal,
qu'elles ne peuvent traverser, pour les valeurs de gradient thermique
telles que celles que l'on peut avoir dans le cas d'un stockage de
déchets radioactifs (de l'ordre de l,5"C/cm pour une température am¬
biante de 150''C). Pour cette raison, les inclusions gaz-liquide ne
fournissent pas un mécanisme de transport des radionucléïdes à partir de
la zone de stockage, sauf peut-être par l'intermédiaire de la seule
couche de sel en contact avec la surface des containers.
Les facteurs qui peuvent influencer la vitesse de migration
des inclusions sont nombreux : la dimension et la forme des inclusions,
leur composition, la quantité de la phase gazeuse, l'anisotropie du
cristal hôte, ses imperfectins (dislocations), la température ambiante
et le gradient de température.
La figure ci-après donne pour un gradient fixé la valeur du
mouvement en fonction de la dimension de l'inclusion. Afin de connaître
en particulier l'influence du gradient, E. Roeddeer a pu mesurer que.
pour une valeur du gradient de 4''C/cm à 250''C, la vitesse de migration+9était de 109 cm/an pour une inclusion de 5,5.10 vm^ et de 8,8 cm/an
pour un gradient de 20"C/cm à 320*C pour une inclusion de 6,4.10** y m'.
Par ailleurs pour de petites inclusions bi-phasiques (14 à
28 % en volume de gaz) on a constaté que non seulement le mouvement a
lieu en sens inverse (vers la zone "froide") mais qu'il est entre 1,25
et 10 fois plus rapide que pour une inclusion liquide de même taille.
Cependant ce résultat ne semble pas être confirmé dans tous les cas et
la vitesse de migration relative des inclusions liquides et des inclu¬
sions bi-phasiques semble dépendre de la taille des ces inclusions.
61
transport de sel par la phase liquide. Les inclusions fluides contenant
moins de 10 % de phase vapeur se déplacent vers la source chaude, et
celles contenant plus de 10 % de phase vapeur s'éloignent de la source
chaude (K.A. HOLDOWAY - 1973). De même que les inclusions liquides, ces
inclusions biphasées atteignent éventuellement la limite du cristal,
qu'elles ne peuvent traverser, pour les valeurs de gradient thermique
telles que celles que l'on peut avoir dans le cas d'un stockage de
déchets radioactifs (de l'ordre de l,5"C/cm pour une température am¬
biante de 150''C). Pour cette raison, les inclusions gaz-liquide ne
fournissent pas un mécanisme de transport des radionucléïdes à partir de
la zone de stockage, sauf peut-être par l'intermédiaire de la seule
couche de sel en contact avec la surface des containers.
Les facteurs qui peuvent influencer la vitesse de migration
des inclusions sont nombreux : la dimension et la forme des inclusions,
leur composition, la quantité de la phase gazeuse, l'anisotropie du
cristal hôte, ses imperfectins (dislocations), la température ambiante
et le gradient de température.
La figure ci-après donne pour un gradient fixé la valeur du
mouvement en fonction de la dimension de l'inclusion. Afin de connaître
en particulier l'influence du gradient, E. Roeddeer a pu mesurer que.
pour une valeur du gradient de 4''C/cm à 250''C, la vitesse de migration+9était de 109 cm/an pour une inclusion de 5,5.10 vm^ et de 8,8 cm/an
pour un gradient de 20"C/cm à 320*C pour une inclusion de 6,4.10** y m'.
Par ailleurs pour de petites inclusions bi-phasiques (14 à
28 % en volume de gaz) on a constaté que non seulement le mouvement a
lieu en sens inverse (vers la zone "froide") mais qu'il est entre 1,25
et 10 fois plus rapide que pour une inclusion liquide de même taille.
Cependant ce résultat ne semble pas être confirmé dans tous les cas et
la vitesse de migration relative des inclusions liquides et des inclu¬
sions bi-phasiques semble dépendre de la taille des ces inclusions.
62
ID 10 10'
INCLUSION VOLUME
10' 10'(pm'j
Fig. 4. Migration rates oí various sizes of fluid inclusions in salt sample 2081,at 1.5°C-cin~t gradient and the ambient temperatures indicated. Each curve isbased on smoothed data for a group (1Î to 44) of individual inclusions, run for
72252 hours. Se« text for detaiU
d'après E. Roedder (1982)
La présence d'une dislocation a pour effet d'augmenter la
Vitesse de dissolution et donc d'accroître, jusqu'à un facteur de quatre
(V.S. Mc Canley - 1987), la vitesse de migration de l'inclusion.
Plus généralement, pour des expériences faites en laboratoire,
E. Roedder a constaté que les vitesses de migration mesurées pouvaient
varier d'un facteur 3 d'un échantillon à un autre.
62
ID 10 10'
INCLUSION VOLUME
10' 10'(pm'j
Fig. 4. Migration rates oí various sizes of fluid inclusions in salt sample 2081,at 1.5°C-cin~t gradient and the ambient temperatures indicated. Each curve isbased on smoothed data for a group (1Î to 44) of individual inclusions, run for
72252 hours. Se« text for detaiU
d'après E. Roedder (1982)
La présence d'une dislocation a pour effet d'augmenter la
Vitesse de dissolution et donc d'accroître, jusqu'à un facteur de quatre
(V.S. Mc Canley - 1987), la vitesse de migration de l'inclusion.
Plus généralement, pour des expériences faites en laboratoire,
E. Roedder a constaté que les vitesses de migration mesurées pouvaient
varier d'un facteur 3 d'un échantillon à un autre.
63
2.5
337K583 k/m
3I8K200 K/m
_T*329K^Tî4l2K/m
200 300 4 00
INCLUSION LENGTH (x lO'^m)
500
Vitesse de migration des inclusions en fonction de leur dimension
pour différentes températures et gradients,
(d'après W.B. KRAUSE, N.S. BRODSKY - 1987).
63
2.5
337K583 k/m
3I8K200 K/m
_T*329K^Tî4l2K/m
200 300 4 00
INCLUSION LENGTH (x lO'^m)
500
Vitesse de migration des inclusions en fonction de leur dimension
pour différentes températures et gradients,
(d'après W.B. KRAUSE, N.S. BRODSKY - 1987).
64
250Delta T, "G
2000
Temp, at Package = 400*0Temp, at Package = 300°C
150 200 250 300
Delta T, "C
Débit de saumure pour tme tempérture de stockage de 400 'C etvolume total de satnnure en fonction du gradient de température.
(d'après V.S. Mc Canley, G.E. ilaines, 1987).
64
250Delta T, "G
2000
Temp, at Package = 400*0Temp, at Package = 300°C
150 200 250 300
Delta T, "C
Débit de saumure pour tme tempérture de stockage de 400 'C etvolume total de satnnure en fonction du gradient de température.
(d'après V.S. Mc Canley, G.E. ilaines, 1987).
65
O 300
LÜ
9Z)_JLl_
LÜ>
fe
Z3
250 -
20 40 60
TIME (hours)
Volume de saumure total (test de Terra Tek)
tp = 38*C pr = 2,8 MPa à l'entrée
pression de confinement : 15,8 MPa
(d'après B.E. Scheetz and al 1986)
65
O 300
LÜ
9Z)_JLl_
LÜ>
fe
Z3
250 -
20 40 60
TIME (hours)
Volume de saumure total (test de Terra Tek)
tp = 38*C pr = 2,8 MPa à l'entrée
pression de confinement : 15,8 MPa
(d'après B.E. Scheetz and al 1986)
66
5.3 - Rétention et transport ionique dans le sel
Les possibilités de transport, et par la suite de rétention
d'ions dans le sel, sont en particulier liées à la valeur de la perméa¬
bilité. Nous avons examiné précédemment (paragraphe 2.6) les différentes
m.éthodes mises en oeuvre pour déterminer cette grandeur et mentionné les
différents facteurs ayant une influence directe sur sa valeur. Les
questions que l'on peut se poser à ce propos sont les suivantes :
a) Est ce que des ions, considérés comme contaminants tels les
radionucléides, peuvent mágrer dans le sel par l'intermédiaire
de la phase liquide, en l'absence de différence de charge
hydraulique ? Les mécanismes possibles d'une telle migration
comprennent la capillarité, la dissolution progressive des
joints de grain, la dissolution des gaz piégés dans les
inclusions, la dispersion des ions par l'intermédiaire des
phases fluides
b) Est ce que des effets de rétention d'ion peuvent se produire
pendant la migration ? Les mécanismes possibles de rétention
comprennent l'échange d'ion ou les réactions de précipitation,
des effets d'adsorption à la surface des pores, des effets de
piégeage d'ions dus aux processus de dissolution-précipitation
intervenant dans le sel et des effets de fonnation d'inclusion
fluide par un processus de dissolution-précipitation.
- Des tests réalisés sur des échantillons intacts de sel de ASSE
(CJ. PEACH and ail. 1987) en contact avec une saumure à forte
concentration en Cs , Sr ou Fe , à pression et température
normales, montrent qu'en l'absence de charge hydraulique
aucune migration d'ion n'est détectable, à l'échelle de temps
des travaux de laboratoire.
66
5.3 - Rétention et transport ionique dans le sel
Les possibilités de transport, et par la suite de rétention
d'ions dans le sel, sont en particulier liées à la valeur de la perméa¬
bilité. Nous avons examiné précédemment (paragraphe 2.6) les différentes
m.éthodes mises en oeuvre pour déterminer cette grandeur et mentionné les
différents facteurs ayant une influence directe sur sa valeur. Les
questions que l'on peut se poser à ce propos sont les suivantes :
a) Est ce que des ions, considérés comme contaminants tels les
radionucléides, peuvent mágrer dans le sel par l'intermédiaire
de la phase liquide, en l'absence de différence de charge
hydraulique ? Les mécanismes possibles d'une telle migration
comprennent la capillarité, la dissolution progressive des
joints de grain, la dissolution des gaz piégés dans les
inclusions, la dispersion des ions par l'intermédiaire des
phases fluides
b) Est ce que des effets de rétention d'ion peuvent se produire
pendant la migration ? Les mécanismes possibles de rétention
comprennent l'échange d'ion ou les réactions de précipitation,
des effets d'adsorption à la surface des pores, des effets de
piégeage d'ions dus aux processus de dissolution-précipitation
intervenant dans le sel et des effets de fonnation d'inclusion
fluide par un processus de dissolution-précipitation.
- Des tests réalisés sur des échantillons intacts de sel de ASSE
(CJ. PEACH and ail. 1987) en contact avec une saumure à forte
concentration en Cs , Sr ou Fe , à pression et température
normales, montrent qu'en l'absence de charge hydraulique
aucune migration d'ion n'est détectable, à l'échelle de temps
des travaux de laboratoire.
67
- Une expérience identique, mais sur un échantillon ayant subi
une déformation par fluage, montre qu'il y a une migration+ 2+relativement rapide de la saumure, entraînant Cs et Sr , par
capillarité plutôt que par effet de dissolution des joints de
grain. Le cesium migre dans le sel et reste en solution. Le
strontium reste en solution pendant la migration puis préci¬
pite sous forme de Sr SO, , insoluble ; le soufre provient de
la polyhalite. On peut s'attendre à une rétention similaire
pour tout sulfate insoluble. De manière plus générale des
impuretés dans le sel, telles l'hématite ou l'anhydrite,
améliorent l'efficacité de la roche saline comme barrière
naturelle à la migration de Cs, Sr, Co, Tc et des actinides.+ 2+
L'anhydrite adsorbe les cations suivant étudiés : Cs , Sr ,
Co , Eu , Am , Tc (L. Carlsen, 1986). Les ions Eu , Am ,
Ac sont fortement adsorbes par la halite et ne se désorbent
qu'avec difficulté (L. CARLSEN - 1986). Seule la surface du
cristal de Na Cl semble impliquée et il n'y a pas pour
l'instant de preuve de l'incorporation de ces ions dans le
réseau cristallin. Sous forme de chloro-complexes (MCI )» Eu
et Am interagissent avec la surface de la halite pour former
des complexes solides M Cl. difficilement désorbables.
On n'observe pas d'interaction mutuelle entre Sr et Cs pendant
une migration combinée. De plus la présence de ces ions
n'empêche pas la recristallisation du sel lors de la migration
de saumure aux joints de grain. De même pour une saumure
contenant du technetium, sous forme de Tc 0,, on observe une
migration rapide de Tc mais pas de rétention significative.
L'augmentation de la température a pour effet de réduire la
connection des pores, par une augmentation de l'activité de
dissolution-précipitation aux joints de grain. Ainsi dans un
échantillon chauffé à 80°C la quantité d'ion ayant migré est
plus faible qu'à température ambiante.
67
- Une expérience identique, mais sur un échantillon ayant subi
une déformation par fluage, montre qu'il y a une migration+ 2+relativement rapide de la saumure, entraînant Cs et Sr , par
capillarité plutôt que par effet de dissolution des joints de
grain. Le cesium migre dans le sel et reste en solution. Le
strontium reste en solution pendant la migration puis préci¬
pite sous forme de Sr SO, , insoluble ; le soufre provient de
la polyhalite. On peut s'attendre à une rétention similaire
pour tout sulfate insoluble. De manière plus générale des
impuretés dans le sel, telles l'hématite ou l'anhydrite,
améliorent l'efficacité de la roche saline comme barrière
naturelle à la migration de Cs, Sr, Co, Tc et des actinides.+ 2+
L'anhydrite adsorbe les cations suivant étudiés : Cs , Sr ,
Co , Eu , Am , Tc (L. Carlsen, 1986). Les ions Eu , Am ,
Ac sont fortement adsorbes par la halite et ne se désorbent
qu'avec difficulté (L. CARLSEN - 1986). Seule la surface du
cristal de Na Cl semble impliquée et il n'y a pas pour
l'instant de preuve de l'incorporation de ces ions dans le
réseau cristallin. Sous forme de chloro-complexes (MCI )» Eu
et Am interagissent avec la surface de la halite pour former
des complexes solides M Cl. difficilement désorbables.
On n'observe pas d'interaction mutuelle entre Sr et Cs pendant
une migration combinée. De plus la présence de ces ions
n'empêche pas la recristallisation du sel lors de la migration
de saumure aux joints de grain. De même pour une saumure
contenant du technetium, sous forme de Tc 0,, on observe une
migration rapide de Tc mais pas de rétention significative.
L'augmentation de la température a pour effet de réduire la
connection des pores, par une augmentation de l'activité de
dissolution-précipitation aux joints de grain. Ainsi dans un
échantillon chauffé à 80°C la quantité d'ion ayant migré est
plus faible qu'à température ambiante.
68
cone, m ppm
t 500-1
I 1 Cs
I ! Sr
400-
300-
200
100-
0
I + 1
I- 1
h-- 1
i-=t. i=i
0 10 20 30 40 50
depth in mm
2+ +Test de migration pour Sr et Cs séparemment sur du sel
ayant subi une défomation.
(d'après CJ. PEACH and al . 1987).
68
cone, m ppm
t 500-1
I 1 Cs
I ! Sr
400-
300-
200
100-
0
I + 1
I- 1
h-- 1
i-=t. i=i
0 10 20 30 40 50
depth in mm
2+ +Test de migration pour Sr et Cs séparemment sur du sel
ayant subi une défomation.
(d'après CJ. PEACH and al . 1987).
69
cone, in ppm
I 300 n
200-
100-
-\ Sr
depth ¡n mm
2+ +Test de migration sur du sel déformé Sr /Cs simultanément
(Sr à l'état solide)
(d'après CJ. PEACH and al 1987).
69
cone, in ppm
I 300 n
200-
100-
-\ Sr
depth ¡n mm
2+ +Test de migration sur du sel déformé Sr /Cs simultanément
(Sr à l'état solide)
(d'après CJ. PEACH and al 1987).
70
tV.O)
.Ç
co
acti
,w
.-o[3
g
10
"o0c0u
35-
30-
25-
20-
15-
10-
5-
0-
¥ ¥
¥-Starting fluid composition
Contaminated Brine
1 1 1 '
Pure Brine
¥
_^ * it_^ 10 20 30
days
40 50 60
FIGURE 4.9. Results of the flow-through retention test performed at NTP:
Sr content of the output solution samples as a function of elapsed time.
Note that the Sr/Cs-contarainated input brine was replaced by pure NaCl
brine after 37 days (to look for "désorption" effects).
(d'après CJ. PEACH and al , 1987).
70
tV.O)
.Ç
co
acti
,w
.-o[3
g
10
"o0c0u
35-
30-
25-
20-
15-
10-
5-
0-
¥ ¥
¥-Starting fluid composition
Contaminated Brine
1 1 1 '
Pure Brine
¥
_^ * it_^ 10 20 30
days
40 50 60
FIGURE 4.9. Results of the flow-through retention test performed at NTP:
Sr content of the output solution samples as a function of elapsed time.
Note that the Sr/Cs-contarainated input brine was replaced by pure NaCl
brine after 37 days (to look for "désorption" effects).
(d'après CJ. PEACH and al , 1987).
71
Des essais de percolation ont été effectués en appliquant sur
l'échantillon, une pression de confinement, et une pression de
saumure comprise entre 2,1 et 4 MPa. L'effet de rétention pour
Sr est important (précipitation de SrSO, atix joints de grain
de polyhalite) mais aucune rétention pour Cs.
En s'appuyant sur une simulation utilisant une théorie de la
diffusion de saumure dans le sel, E.G. McNulty et al (1987)
concluent que des ions radioactifs ne parcourent au maximum
qu'une distance de 1,3 m en 10 000 ans.
71
Des essais de percolation ont été effectués en appliquant sur
l'échantillon, une pression de confinement, et une pression de
saumure comprise entre 2,1 et 4 MPa. L'effet de rétention pour
Sr est important (précipitation de SrSO, atix joints de grain
de polyhalite) mais aucune rétention pour Cs.
En s'appuyant sur une simulation utilisant une théorie de la
diffusion de saumure dans le sel, E.G. McNulty et al (1987)
concluent que des ions radioactifs ne parcourent au maximum
qu'une distance de 1,3 m en 10 000 ans.
72
150
tECLa
100
50
J h
1Ó050
depth in mm
150
FIGUPJi 4.13» Results of flow-through retention test performed at elevated
pressure: concentration profile obtained for Sr from "slice analysis" of
the salt sample. Concentrations refer to ppm of contaminant Sr in the
solid salt. The arror bars correspond to the thickness of the slices.
N.i3. depth= zero represents the input end of the sample. The sample was
135 .Tin in length.
(d'après CJ. PEACH and aL 1987)
72
150
tECLa
100
50
J h
1Ó050
depth in mm
150
FIGUPJi 4.13» Results of flow-through retention test performed at elevated
pressure: concentration profile obtained for Sr from "slice analysis" of
the salt sample. Concentrations refer to ppm of contaminant Sr in the
solid salt. The arror bars correspond to the thickness of the slices.
N.i3. depth= zero represents the input end of the sample. The sample was
135 .Tin in length.
(d'après CJ. PEACH and aL 1987)
73
HSr
150
t100
ECla.
uco
50
""icr
I
20I
40 "eô"10 30
depth in mm
50
Test de migration- rétention â 80 'C et 1 Atm
(Sr présent â l'état solide)
(d'après CJ. PEACH and al 1987).
73
HSr
150
t100
ECla.
uco
50
""icr
I
20I
40 "eô"10 30
depth in mm
50
Test de migration- rétention â 80 'C et 1 Atm
(Sr présent â l'état solide)
(d'après CJ. PEACH and al 1987).
74
5.4 - Effets de l'irradiation sur les propriétés du sel
Un élément important à prendre en compte est les principales
modifications de la structure cristalline et de la pétrofabrique du sel
sous l'effet de la chaleur et de l'irradiation. Il s'agit de déterminer
la nature générale des dégâts provoqués par les radiations (rayons gamma
de haute énergie) et d'étudier la migration de l'eau dans le sel irradié
(K.A. HOLDOWAY - 1973).
5.4.1 - Coloration du sel
Il est bien connu que l'irradiation du sel provoque une
coloration des cristaux. Les cristaux d'halogénure alcalin pur (tel Na
Cl) sont à température ambiante transparents dans tout le domaine du
spectre visible. Le bombardement d'un cristal par des rayons gamma
provoque en particulier l'apparition de "centres colorés", c'est-à-dire
de défauts cristallins qui absorbent de la Itimière visible. L'existence
de ces centres colorés correspond à une énergie emmagasinée par le
cristal et qui peut être libérée sous forme de chaleur et de photons
lumineux. Cette énergie emmagasinée représente une des caractéristiques
principales du cristal irradié. En particulier la résistance du sel
irradié est inversement proportionnelle à la valeur de l'énergie emmaga¬
sinée [V.l. SPITSYN and ail 1981] [K.A. HOLDOWAY - 1973]. Les couleurs
bleue et violette observées dans le sel irradié sont dues à la diffusion
et l'absorption de la lumière par des particules de sodium colloïdal de
différentes dimensions : la couleur bleue correspond à des particules de
diamètre compris entre 40 et 80 ym, et la couleur violette à des
particules de diamètre compris entre 20 et 40 vm. L'existence de parti¬
cules colloïdales de différentes dimensions est confirmée par les
résultats d'étude de thermoluminescence : cette méthode permet de
déterminer la température pour laquelle l'énergie emmagasinée est
libérée, et correspondant à la réduction des centres colorés.
74
5.4 - Effets de l'irradiation sur les propriétés du sel
Un élément important à prendre en compte est les principales
modifications de la structure cristalline et de la pétrofabrique du sel
sous l'effet de la chaleur et de l'irradiation. Il s'agit de déterminer
la nature générale des dégâts provoqués par les radiations (rayons gamma
de haute énergie) et d'étudier la migration de l'eau dans le sel irradié
(K.A. HOLDOWAY - 1973).
5.4.1 - Coloration du sel
Il est bien connu que l'irradiation du sel provoque une
coloration des cristaux. Les cristaux d'halogénure alcalin pur (tel Na
Cl) sont à température ambiante transparents dans tout le domaine du
spectre visible. Le bombardement d'un cristal par des rayons gamma
provoque en particulier l'apparition de "centres colorés", c'est-à-dire
de défauts cristallins qui absorbent de la Itimière visible. L'existence
de ces centres colorés correspond à une énergie emmagasinée par le
cristal et qui peut être libérée sous forme de chaleur et de photons
lumineux. Cette énergie emmagasinée représente une des caractéristiques
principales du cristal irradié. En particulier la résistance du sel
irradié est inversement proportionnelle à la valeur de l'énergie emmaga¬
sinée [V.l. SPITSYN and ail 1981] [K.A. HOLDOWAY - 1973]. Les couleurs
bleue et violette observées dans le sel irradié sont dues à la diffusion
et l'absorption de la lumière par des particules de sodium colloïdal de
différentes dimensions : la couleur bleue correspond à des particules de
diamètre compris entre 40 et 80 ym, et la couleur violette à des
particules de diamètre compris entre 20 et 40 vm. L'existence de parti¬
cules colloïdales de différentes dimensions est confirmée par les
résultats d'étude de thermoluminescence : cette méthode permet de
déterminer la température pour laquelle l'énergie emmagasinée est
libérée, et correspondant à la réduction des centres colorés.
75
-lí lio 170 « J20 T, C
Glowing v;urvtí ot halite irradiated at 3.8 Mrad.
Courbe de thermoliiminescence
(d'après V.l. Spitsyn and ail. 1981).
L'échantillon de sel irradié est chauffé (l'C/s) et on enre¬
gistre l'intensité de luminescence.
V.l. Spitsyn trouve deux intervalles correspondant à la
libération d'énergie : 20 - IIO'C et 170 - 320*C (cf. figure ci-contre).
K.A. Holdoway observe également deux pics principaux, l'un à environ
400*C correspondant à la disparition de la couleur bleue et un deuxième
entre 320 - 360*C correspondant à la disparition de la couleur violette.
Cette variation de la température de décoloration est une
preuve que les centres colorés correspondent à des particules
colloïdales dont la dimension dépend de la quantité totale de rayons
gamma reçus par le sel. D'autres mécanismes que l'action de chauffer,
permettent de faire disparaître les centres colorés : la
recristallisation, l'oxydation du sodium colloïdal par l'oxygène ou les
radicaux chlorés, la diffusion d'OH .
75
-lí lio 170 « J20 T, C
Glowing v;urvtí ot halite irradiated at 3.8 Mrad.
Courbe de thermoliiminescence
(d'après V.l. Spitsyn and ail. 1981).
L'échantillon de sel irradié est chauffé (l'C/s) et on enre¬
gistre l'intensité de luminescence.
V.l. Spitsyn trouve deux intervalles correspondant à la
libération d'énergie : 20 - IIO'C et 170 - 320*C (cf. figure ci-contre).
K.A. Holdoway observe également deux pics principaux, l'un à environ
400*C correspondant à la disparition de la couleur bleue et un deuxième
entre 320 - 360*C correspondant à la disparition de la couleur violette.
Cette variation de la température de décoloration est une
preuve que les centres colorés correspondent à des particules
colloïdales dont la dimension dépend de la quantité totale de rayons
gamma reçus par le sel. D'autres mécanismes que l'action de chauffer,
permettent de faire disparaître les centres colorés : la
recristallisation, l'oxydation du sodium colloïdal par l'oxygène ou les
radicaux chlorés, la diffusion d'OH .
76
L'irradiation du sel provoque la migration des inclusions
fluides vers la source, et également la rupture des liaisons entre
molécules présentes dans la saumure, avec recombinaison des ions pour
donner de nouvelles espèces chimiques (H, 0, Cl-, Cl ,) à l'intérieur
de l'inclusion. Lors de son déplacement l'inclusion transporte ces
agents oxydants qui entrent en contact avec le sodium colloïdal. Une
réaction se produit entre ces deux espèces chimiques, dont le résultat
est de supprimer les effets de l'irradiation. Ainsi on observe une
suppression des centres colorés (le sel retrouve son aspect normal) sur
le trajet des inclusions fluides, ce qui permet de mettre en évidence
leur migration à travers le sel irradié.
Les deux figures ci-après montrent que la présence de maté¬
riaux radioactifs a pour effet, comme on l'a déjà montré par ailleurs,
de diminuer la quantité de saumure pouvant se déplacer.
76
L'irradiation du sel provoque la migration des inclusions
fluides vers la source, et également la rupture des liaisons entre
molécules présentes dans la saumure, avec recombinaison des ions pour
donner de nouvelles espèces chimiques (H, 0, Cl-, Cl ,) à l'intérieur
de l'inclusion. Lors de son déplacement l'inclusion transporte ces
agents oxydants qui entrent en contact avec le sodium colloïdal. Une
réaction se produit entre ces deux espèces chimiques, dont le résultat
est de supprimer les effets de l'irradiation. Ainsi on observe une
suppression des centres colorés (le sel retrouve son aspect normal) sur
le trajet des inclusions fluides, ce qui permet de mettre en évidence
leur migration à travers le sel irradié.
Les deux figures ci-après montrent que la présence de maté¬
riaux radioactifs a pour effet, comme on l'a déjà montré par ailleurs,
de diminuer la quantité de saumure pouvant se déplacer.
77
ü
.Ê 90 -CO
"oO)
oc
m
Date JJASONDJFMAMJJASONDJFM1983 1984 1985
Test de migration de saximure : site non-radioactif
(J.L. Eckert and al , 1987).
77
ü
.Ê 90 -CO
"oO)
oc
m
Date JJASONDJFMAMJJASONDJFM1983 1984 1985
Test de migration de saximure : site non-radioactif
(J.L. Eckert and al , 1987).
78
150
üu
.£ 90 -co
JO
Date NOVEMBER DECEMBER JANUARY1984 1985
FEBRUARY MARCH
Test de migration de saumure : site radioactif
(J.L. Eckert and al 1987)
78
150
üu
.£ 90 -co
JO
Date NOVEMBER DECEMBER JANUARY1984 1985
FEBRUARY MARCH
Test de migration de saumure : site radioactif
(J.L. Eckert and al 1987)
79
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
(COMPORTEMENT MECANIQUE)
W.R. AUFRICHT, K.C HOWARD (1961) - Sait characteristics as they affect
storage of hydrocarbons. Joumal of petroleum technology, August 1961,
pp. 733-738.
CA. BAAR (1977) - Applied salt-rock mechanics 1. The in-situ behaviour
of salt rocks. (Elsevier scientific publishing Company).
Bibliography of studies for the salt repository project office of the
civilian radioactive waste management program, April 1978 - July 1985.
ONWI-DOE/CH/10140-5 (85).
P. BEREST, D. NGUYEN MINH (1981) - Stability of cavities in rocksalt.
Proceeding of the international Symposium on weak Rock. Tokyo, 21-24
September 1981.
P. BEREST (1981) - Stabilité des cavités de stockage d'hydrocarbure dans
le sel. Revue française de Géotechnique, n* 16, août 1981.
P. BEELEST (1984) - La viscoplasticité. Ecole d'hiver de rhéologie des
géomatériaux. CNEIS et Institut de Mécanique de Grenoble.
J.V. BI(;GERS, G.O. DAYTON (1982) - Brine migration in hot-pressed
polycrystalline sodium chloride Material Research Laboratory
Pennsylvania State University ONWI-415.
D. BILLAUX, C. ROBELIN (1983) - Etude géoprospective d'un site de
stockage. Dômes de sels. Etude bibliographique sur les conditions de
leur formation. Rapport BRGM n* 83 SGN 657 GEG. Contrat avec la CEEA. .
79
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
(COMPORTEMENT MECANIQUE)
W.R. AUFRICHT, K.C HOWARD (1961) - Sait characteristics as they affect
storage of hydrocarbons. Joumal of petroleum technology, August 1961,
pp. 733-738.
CA. BAAR (1977) - Applied salt-rock mechanics 1. The in-situ behaviour
of salt rocks. (Elsevier scientific publishing Company).
Bibliography of studies for the salt repository project office of the
civilian radioactive waste management program, April 1978 - July 1985.
ONWI-DOE/CH/10140-5 (85).
P. BEREST, D. NGUYEN MINH (1981) - Stability of cavities in rocksalt.
Proceeding of the international Symposium on weak Rock. Tokyo, 21-24
September 1981.
P. BEREST (1981) - Stabilité des cavités de stockage d'hydrocarbure dans
le sel. Revue française de Géotechnique, n* 16, août 1981.
P. BEELEST (1984) - La viscoplasticité. Ecole d'hiver de rhéologie des
géomatériaux. CNEIS et Institut de Mécanique de Grenoble.
J.V. BI(;GERS, G.O. DAYTON (1982) - Brine migration in hot-pressed
polycrystalline sodium chloride Material Research Laboratory
Pennsylvania State University ONWI-415.
D. BILLAUX, C. ROBELIN (1983) - Etude géoprospective d'un site de
stockage. Dômes de sels. Etude bibliographique sur les conditions de
leur formation. Rapport BRGM n* 83 SGN 657 GEG. Contrat avec la CEEA. .
80
M. BOUCHER, G. VOUILLE, P. BEilEST - Les stockages souterrains de gaz en
cavité saline. Dix années d'études théoriques et d'expérimentation, (non
publié).
P. BOUCLY (1981) - Comportement mécanique des cavités dans le sel. Etat
actuel de nos connaissances. Congrès de l'Association technique de
l'industrie du gaz en France.
B. COME (1982) - Mécanique des roches et évacuation des déchets radioac¬
tifs en formations géologiques. (CCE, programme R et D, Gestion et
Stockage des déchets radioactifs).
B, COME (1987) - Le projet communautaire COSA : un exemple
d' intercomparaison de codes de calcul géoraécaniques pour le sel. Revue
Française de Géotechnique n* 40 - pp. 23-31.
L. CHARO (1984) - Etude du risque de formation de dômes après stockage
des déchets dans une couche de sel. Laboratoire de Mécanique des Solides
de l'Ecole Polytechnique. Contrat avec la CEEA.
L, CHARO, P. HABIB - Etude de l'éventualité de création d'un dôme suite
à l'évacuation de déchets radioactifs dans une couche de sel.
CCE -Sciences et techniques nucléaires - Rapport final EUR 11081 FR/I
1987.
F. DJAHAN(}UIRI, S.C. MATTHEWS - Geotechnical considerations for design
of a nuclear repository in bedded salt in the U.S. in - Sixth Inter¬
national Symposium on salt, vol. 1, 1983 (Published by the Salt ins¬
titue, Alexandria, Va, USA, 1985 - pp. 561-584.
J. DOEVEN, P.P. SOULLIE, L.H. VONS (1983) - Convergence measurements in
the dry-drilled 300 m borehole in the ASSE II saltmine. Netherlands
Energy research foundation ECN-83.07 - contrat CCE.
80
M. BOUCHER, G. VOUILLE, P. BEilEST - Les stockages souterrains de gaz en
cavité saline. Dix années d'études théoriques et d'expérimentation, (non
publié).
P. BOUCLY (1981) - Comportement mécanique des cavités dans le sel. Etat
actuel de nos connaissances. Congrès de l'Association technique de
l'industrie du gaz en France.
B. COME (1982) - Mécanique des roches et évacuation des déchets radioac¬
tifs en formations géologiques. (CCE, programme R et D, Gestion et
Stockage des déchets radioactifs).
B, COME (1987) - Le projet communautaire COSA : un exemple
d' intercomparaison de codes de calcul géoraécaniques pour le sel. Revue
Française de Géotechnique n* 40 - pp. 23-31.
L. CHARO (1984) - Etude du risque de formation de dômes après stockage
des déchets dans une couche de sel. Laboratoire de Mécanique des Solides
de l'Ecole Polytechnique. Contrat avec la CEEA.
L, CHARO, P. HABIB - Etude de l'éventualité de création d'un dôme suite
à l'évacuation de déchets radioactifs dans une couche de sel.
CCE -Sciences et techniques nucléaires - Rapport final EUR 11081 FR/I
1987.
F. DJAHAN(}UIRI, S.C. MATTHEWS - Geotechnical considerations for design
of a nuclear repository in bedded salt in the U.S. in - Sixth Inter¬
national Symposium on salt, vol. 1, 1983 (Published by the Salt ins¬
titue, Alexandria, Va, USA, 1985 - pp. 561-584.
J. DOEVEN, P.P. SOULLIE, L.H. VONS (1983) - Convergence measurements in
the dry-drilled 300 m borehole in the ASSE II saltmine. Netherlands
Energy research foundation ECN-83.07 - contrat CCE.
81
P. DUBOIS (1972) - Vérification du régime élastique d'une cavité de
stockage dans le sel, à partir des mesures de température et de dilata¬
tion apparente des liquides stockés. Revue de l'Industrie Minérale, 15
avril 1972.
P. DUFFAUT, J. BONVALLET (1979) - Mine de sel de Varangeville (Meurthe
et Moselle). Poursuite de l'exploitation dans la concession
Rhône-Poulenc. Rapport BRGM n* 79 SGN 708 GEG.
G. FERNANDEZ, A.J. HANDRON (1984) - Interpretation of a long-term
in-situ Borehole. Test in a Deep salt formation. Bulletin of the asso¬
ciation of Engineering geologists, vol. XXI, n* 1, pp. 23-38.
S. FORSTER, G. JAPEL, W. MENZEL, D. WEBER, W. SCHREINER (1981) - Essai
pneumatique et hydraulique pour mesure de contrainte et de pennéabilité.
Neue Bergbautechnik, 11 jg. heft 5, mai 1981, pp. 292-295.
H. GIES (Coordinator) (1982) - Test disposai of high-level waste in the
ASSE II salt Mine. Gesellschaft fiir Strahlen und umweltforsechung MBH
Miinchen. Annual report - contrat CCE.
J. GRAMBERG, J. P.A* ROEST (1982) - Laboratory and in situ measurements
of cataclastics effects in rock-salt. Laboratorium Voor Mijntechnologie
Delft University of Technologie. January 1982 (Netherlands).
J. HANDIN, J.E. RUSSELL, N.L. CARTER (1984) - Transient creep of
repository rocks, final report : Mechanistic creep laws for rock salt.
Texas A et M Research foundation for ONWI Battel le Institute -
BMI/ONWI-550.
F.D. HANSEN, K.D. MELLEGARD, P.E. SENSENY (1984) - "Elasticity and
strength of ten natural rock salts". In Proceedings of the first
conference on the mechanical behaviour of salt - pp. 71-83.
F.D. HANSEN (1987) - Physical and mechanical variability of natural rock
salt. Bulletin of the Association of Engineering Geologists - Vol. XXIV,
N* 2, 1987 - pp. 227-234.
81
P. DUBOIS (1972) - Vérification du régime élastique d'une cavité de
stockage dans le sel, à partir des mesures de température et de dilata¬
tion apparente des liquides stockés. Revue de l'Industrie Minérale, 15
avril 1972.
P. DUFFAUT, J. BONVALLET (1979) - Mine de sel de Varangeville (Meurthe
et Moselle). Poursuite de l'exploitation dans la concession
Rhône-Poulenc. Rapport BRGM n* 79 SGN 708 GEG.
G. FERNANDEZ, A.J. HANDRON (1984) - Interpretation of a long-term
in-situ Borehole. Test in a Deep salt formation. Bulletin of the asso¬
ciation of Engineering geologists, vol. XXI, n* 1, pp. 23-38.
S. FORSTER, G. JAPEL, W. MENZEL, D. WEBER, W. SCHREINER (1981) - Essai
pneumatique et hydraulique pour mesure de contrainte et de pennéabilité.
Neue Bergbautechnik, 11 jg. heft 5, mai 1981, pp. 292-295.
H. GIES (Coordinator) (1982) - Test disposai of high-level waste in the
ASSE II salt Mine. Gesellschaft fiir Strahlen und umweltforsechung MBH
Miinchen. Annual report - contrat CCE.
J. GRAMBERG, J. P.A* ROEST (1982) - Laboratory and in situ measurements
of cataclastics effects in rock-salt. Laboratorium Voor Mijntechnologie
Delft University of Technologie. January 1982 (Netherlands).
J. HANDIN, J.E. RUSSELL, N.L. CARTER (1984) - Transient creep of
repository rocks, final report : Mechanistic creep laws for rock salt.
Texas A et M Research foundation for ONWI Battel le Institute -
BMI/ONWI-550.
F.D. HANSEN, K.D. MELLEGARD, P.E. SENSENY (1984) - "Elasticity and
strength of ten natural rock salts". In Proceedings of the first
conference on the mechanical behaviour of salt - pp. 71-83.
F.D. HANSEN (1987) - Physical and mechanical variability of natural rock
salt. Bulletin of the Association of Engineering Geologists - Vol. XXIV,
N* 2, 1987 - pp. 227-234.
82
H.R. HARDY, Jr. and Michael LANGER (Trans. Tech. Publication 1984) - The
Mechanical behaviour of salt. Proceedings of the first conference,
november 1981.
H.R. HARDY, C.R. CHABANNES, M. MRUGALA (1985) - Laboratory and
theoretical studies relative to the design of salt caverns for the
storage of natural gas. in Sixth Intemational Symposium on salt - Vol.
1 pp. 385-416.
B. HUiJOUT (1982) - Comportement thermodynamique du gaz dans les cavités
de stockage et dans les puits de production. Congrès de l'association
technique de l'industrie du gaz en France.
B. HUGOUT, M. DUSSAUD (1983) - Etude in-situ du comportement mécanique
de cavités de stockage creusées dans le sel. Symposium international,
essais en place, vol. 2, Paris 1983, pp. 523-530.
P.C KELSALL, J.W. NELSON (1983) - Geologic and Engineering
characterizations of Gulf region Salt Domes applied to underground
storage and mining. Sixth International Symposium on salt - Vol. 1 pp.
519-544, 1985.
P. KIERSTEN (1984) - Laboratory hydraulic fracturing experiments in rock
salt; Abstracts - Second conference on the mechanical behaviour of salt.
Hannover, septembre 1984.
B. LADANYI, D.E. GILL (1983) - In-situ determination of creep properties
of rock salt. Int. Congr. Rock Mech., Melbourne, vol. 1, 1983.
M. LANGER (1981) - The rheological behaviour of rock salt. Proc. 1.
Workshop on the mechanical behaviour of Salt. Penn State University,
Trans. Tech. Publ., 40 S., im Druck (Cf. Proceeding of the first
conference on the mechanical behaviour of salt - Nov. 1981 - pp. 201-
-240). Trans. Tech. Publ. 1984.
82
H.R. HARDY, Jr. and Michael LANGER (Trans. Tech. Publication 1984) - The
Mechanical behaviour of salt. Proceedings of the first conference,
november 1981.
H.R. HARDY, C.R. CHABANNES, M. MRUGALA (1985) - Laboratory and
theoretical studies relative to the design of salt caverns for the
storage of natural gas. in Sixth Intemational Symposium on salt - Vol.
1 pp. 385-416.
B. HUiJOUT (1982) - Comportement thermodynamique du gaz dans les cavités
de stockage et dans les puits de production. Congrès de l'association
technique de l'industrie du gaz en France.
B. HUGOUT, M. DUSSAUD (1983) - Etude in-situ du comportement mécanique
de cavités de stockage creusées dans le sel. Symposium international,
essais en place, vol. 2, Paris 1983, pp. 523-530.
P.C KELSALL, J.W. NELSON (1983) - Geologic and Engineering
characterizations of Gulf region Salt Domes applied to underground
storage and mining. Sixth International Symposium on salt - Vol. 1 pp.
519-544, 1985.
P. KIERSTEN (1984) - Laboratory hydraulic fracturing experiments in rock
salt; Abstracts - Second conference on the mechanical behaviour of salt.
Hannover, septembre 1984.
B. LADANYI, D.E. GILL (1983) - In-situ determination of creep properties
of rock salt. Int. Congr. Rock Mech., Melbourne, vol. 1, 1983.
M. LANGER (1981) - The rheological behaviour of rock salt. Proc. 1.
Workshop on the mechanical behaviour of Salt. Penn State University,
Trans. Tech. Publ., 40 S., im Druck (Cf. Proceeding of the first
conference on the mechanical behaviour of salt - Nov. 1981 - pp. 201-
-240). Trans. Tech. Publ. 1984.
83
L. LIEDTKE (1985) - Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung.
Standsicherheitskriterien fur das Endlagerbergwerk Gorleben (Fachband
11). BGR Hanovre, Berlin 1985.
Marc C. LOKEN (1983) - A priori numerical predictions of various in-situ
accelerated borehole closure experiments. Technical Report, ONWI-237.
K.E. MELLEGARD, P.E. SENSENY (1983) - Exponential-time creep law for
Avery island salt RE/SPEC Inc. For ONWA Battelle memorial Institue
ONWI-329.
W. MENZEL, W. SCHREINER (1985) - Results in rock mechanical investiga¬
tions for establishing storage caverns in salt formation. Sixth Inter¬
national Symposium on salt - Vol 1 - 1983 - pp 501-510.
Measurement of rock properties at elevated pressures and temperatures.
A symposium sponsored by ASTM committee D-18 on soil and rock, college
station, TY, 20 June 1983.
ASTM spécial technical publication 869 - H.J. PINCUS and E.R. HOSKINS.
J.E. MONSEES, D.E. MUNSON (1982) - Design considerations for a nuclear
waste repository in salt. Tunneling Technology n* 37. March 1982.
R.A. NELSON, J.G. KOCHERHAUS, M.R. SCHNAPP (1982) - In-situ and
laboratory geotechnical test results from borehole GD-1 in southeast
Utah. Technical report, november 1982, ONWI-400.
D. NGUYEN MINH DUC, P. BEREST (1981) - Modélisation d'une cavité de
stockage de gaz dans le sel considéré comme matériau
élastoviscoplastique. Solution explicite. Revue française de géotechni¬
que n" 16, août 1981.
M. M.A. NIANGOULA (1981) - Contribution à l'étude de la stabilité d'une
ancienne exploitation de sel genime par chambres et piliers abandonnés.
Application au cas de la mine de sel de Varangeville.
Thèse de Docteur-Ingénieur - Institut national polytechnique de Lorraine
- Nancy. 3 septembre 1981.
83
L. LIEDTKE (1985) - Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung.
Standsicherheitskriterien fur das Endlagerbergwerk Gorleben (Fachband
11). BGR Hanovre, Berlin 1985.
Marc C. LOKEN (1983) - A priori numerical predictions of various in-situ
accelerated borehole closure experiments. Technical Report, ONWI-237.
K.E. MELLEGARD, P.E. SENSENY (1983) - Exponential-time creep law for
Avery island salt RE/SPEC Inc. For ONWA Battelle memorial Institue
ONWI-329.
W. MENZEL, W. SCHREINER (1985) - Results in rock mechanical investiga¬
tions for establishing storage caverns in salt formation. Sixth Inter¬
national Symposium on salt - Vol 1 - 1983 - pp 501-510.
Measurement of rock properties at elevated pressures and temperatures.
A symposium sponsored by ASTM committee D-18 on soil and rock, college
station, TY, 20 June 1983.
ASTM spécial technical publication 869 - H.J. PINCUS and E.R. HOSKINS.
J.E. MONSEES, D.E. MUNSON (1982) - Design considerations for a nuclear
waste repository in salt. Tunneling Technology n* 37. March 1982.
R.A. NELSON, J.G. KOCHERHAUS, M.R. SCHNAPP (1982) - In-situ and
laboratory geotechnical test results from borehole GD-1 in southeast
Utah. Technical report, november 1982, ONWI-400.
D. NGUYEN MINH DUC, P. BEREST (1981) - Modélisation d'une cavité de
stockage de gaz dans le sel considéré comme matériau
élastoviscoplastique. Solution explicite. Revue française de géotechni¬
que n" 16, août 1981.
M. M.A. NIANGOULA (1981) - Contribution à l'étude de la stabilité d'une
ancienne exploitation de sel genime par chambres et piliers abandonnés.
Application au cas de la mine de sel de Varangeville.
Thèse de Docteur-Ingénieur - Institut national polytechnique de Lorraine
- Nancy. 3 septembre 1981.
84
J.F. OUVRY (1985) - Etude physique et rhéologie des argiles congelées.
Application à l'argile profonde de BOOM (Belgique). Thèse Docteur-In¬
génieur - Nancy 1985.
Evan K.S. PASSARIS, Stephen T. HORSEMAN (1982) - Creep closure of
caverns in rocksalt. Symposium on strata mechanics 1982. Newcastle upon
Tyne. (Ed. by I.M. FARMER - Amsterdam, Elsevier 1982).
M. POTTIER, M. DUSSAUD (1975) - Compte-rendu du 92e Congrès de l'In¬
dustrie du gaz, la Baule, 16-19 septembre 1975 : problèmes de métrologie
dans la surveillance des cavités de stockage dans le sel (Association
technique de l'Industrie du gas de France).
J. PRIJ, J.H.J. MENGELERS (1981) - On the derivation of a creep law from
isothermal borehole convergence. Netherlands Energy Research Foundation.
Contrat CCE. ECN-89.
J. PRIJ (1983) - Creep behaviour of a salt Dome with a repository
communication at the CEC Technical session on rock mechanics. Brussels
27 April 1983.
J. PRIJ (1985) - Measurements in the 300 m deep dry-drilled borehole and
feasibility study on the dry drilling of a 600 ra deep borehole in the
ASSE-II salt mine. Commission of the European Communities, final report
ECN 85-32, december 1985, Netherlands Energy research foundation.
J. P.A. ROEST, J. GEIAMBERG (1982) - Laboratory and in situ measurements
of cataclastics effects in rock-salt. Laboratorium Voor Mijntechnologie
Delft University of technologic. November 1982 (Netherlands).
H.Ü. ROHR (1974) - Mechanical behaviour of a gas storage cavern inevaporitic rocks. 4th Symposium on salt - 1974.
H. ROLNIK (1984) - Dimensionner aujourd'hui un stockage de déchets de
haute activité dans le sel gemme : quelle rhéologie ? - Thèse de
Docteur-Ingénieur - ENSM Paris - 13.09.1984.
84
J.F. OUVRY (1985) - Etude physique et rhéologie des argiles congelées.
Application à l'argile profonde de BOOM (Belgique). Thèse Docteur-In¬
génieur - Nancy 1985.
Evan K.S. PASSARIS, Stephen T. HORSEMAN (1982) - Creep closure of
caverns in rocksalt. Symposium on strata mechanics 1982. Newcastle upon
Tyne. (Ed. by I.M. FARMER - Amsterdam, Elsevier 1982).
M. POTTIER, M. DUSSAUD (1975) - Compte-rendu du 92e Congrès de l'In¬
dustrie du gaz, la Baule, 16-19 septembre 1975 : problèmes de métrologie
dans la surveillance des cavités de stockage dans le sel (Association
technique de l'Industrie du gas de France).
J. PRIJ, J.H.J. MENGELERS (1981) - On the derivation of a creep law from
isothermal borehole convergence. Netherlands Energy Research Foundation.
Contrat CCE. ECN-89.
J. PRIJ (1983) - Creep behaviour of a salt Dome with a repository
communication at the CEC Technical session on rock mechanics. Brussels
27 April 1983.
J. PRIJ (1985) - Measurements in the 300 m deep dry-drilled borehole and
feasibility study on the dry drilling of a 600 ra deep borehole in the
ASSE-II salt mine. Commission of the European Communities, final report
ECN 85-32, december 1985, Netherlands Energy research foundation.
J. P.A. ROEST, J. GEIAMBERG (1982) - Laboratory and in situ measurements
of cataclastics effects in rock-salt. Laboratorium Voor Mijntechnologie
Delft University of technologic. November 1982 (Netherlands).
H.Ü. ROHR (1974) - Mechanical behaviour of a gas storage cavern inevaporitic rocks. 4th Symposium on salt - 1974.
H. ROLNIK (1984) - Dimensionner aujourd'hui un stockage de déchets de
haute activité dans le sel gemme : quelle rhéologie ? - Thèse de
Docteur-Ingénieur - ENSM Paris - 13.09.1984.
85
B.E. SCHEETZ, P.H. LICASTRO, D.M. ROY (1986) - A full-scale borehole
sealing test in salt under simulated downhole conditions - Vol. 2.
Technical Report - BMI/ONWI-573(2) - Battelle memorial institute.
P.E. SENSENY (1984) - Creep properties of four rock salts - Second
conference on the mechanical behaviour of salt - Abstracts Hannover -
Sept. 1984
P.E. SENSENY, T.W. PFEIFLE, K.D. MELLEGARD (1986) - Exponential time
constitutive law for pals durs unit 4 salt from the J. Friemel n* 1
well.
Technical report BMI/ONWI - 595 - July 1986 - Battelle - Memorial
institute.
G. VOUILLE, S.M. TIJANI and F. de GRENIER (1981) - Experimental
determination of the rheological behaviour of Tersanne rock salt. In
Proceedings of the first conference on the Mechanical behaviour of salt,
pp. 4-7-420.
R.A. WAGNER, M.C. LOKEN, H.Y. TAMMEMAGI (1986) - Preliminary
thermomechanical analyses of a conceptual nuclear waste repository at
four salt sites.
BMI/ONWI-512 - July 1986 (Battelle memorial institute).
W.R. WAWERSIK, CM. STONE (1984) - Hydraulic fracturing tests in salt -
Abstracts (1984) - Second conference on the mechanical behaviour of
salt. Hannover, septembre 1984.
85
B.E. SCHEETZ, P.H. LICASTRO, D.M. ROY (1986) - A full-scale borehole
sealing test in salt under simulated downhole conditions - Vol. 2.
Technical Report - BMI/ONWI-573(2) - Battelle memorial institute.
P.E. SENSENY (1984) - Creep properties of four rock salts - Second
conference on the mechanical behaviour of salt - Abstracts Hannover -
Sept. 1984
P.E. SENSENY, T.W. PFEIFLE, K.D. MELLEGARD (1986) - Exponential time
constitutive law for pals durs unit 4 salt from the J. Friemel n* 1
well.
Technical report BMI/ONWI - 595 - July 1986 - Battelle - Memorial
institute.
G. VOUILLE, S.M. TIJANI and F. de GRENIER (1981) - Experimental
determination of the rheological behaviour of Tersanne rock salt. In
Proceedings of the first conference on the Mechanical behaviour of salt,
pp. 4-7-420.
R.A. WAGNER, M.C. LOKEN, H.Y. TAMMEMAGI (1986) - Preliminary
thermomechanical analyses of a conceptual nuclear waste repository at
four salt sites.
BMI/ONWI-512 - July 1986 (Battelle memorial institute).
W.R. WAWERSIK, CM. STONE (1984) - Hydraulic fracturing tests in salt -
Abstracts (1984) - Second conference on the mechanical behaviour of
salt. Hannover, septembre 1984.
86
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
(HYDROGEOLOGIE DD SEL GEMME)
JOURNEE SUR LE SEL - 1er mars 1984 - Ecole Polytechnique - Laboratoire
de mécanique des solides - Ecole Nationale Supérieure des Mines de
Paris. Bureau de Recherches Géologiques et Minières.
T.R. HARPER and J.S. SZYMANSKI (1980) - Geologic characterizations and
their optimization for purposes of nuclear waste isolation. Subsurface
space - Proceedings of the intemational Symposium 1980. Vol. 2 - p.
905.
S.T. HOilSEMAN (1984) - Moisture content - A Major uncertainty in storage
cavity closure prediction. Abstracts second conference on the mechanical
behaviour of salt.
P.C. KELSALL and J.W. NELSON (1985) - Geologic and Engineering
characterization of gulf region salt domes applied to underground
storage and mining. Sixth international symposium on salt (vol. one -
p. 519).
R. LIHGLE, K.L. STANFORD, P.E. PETERSON, S.F. WOODHEAD (1982) - Welbore
Damage Zone experimental determination. Technical Report ONWI - 349.
P.C. ROBINSON, D.P. HODGKINSON, J. RAE (1980) - Thermal effects on
groundwater flow around a radioactive waste depository in hard rock.
Subsurface space - Proceedings of the intemational Symposium 1980. Vol.
2, p. 983.
86
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
(HYDROGEOLOGIE DD SEL GEMME)
JOURNEE SUR LE SEL - 1er mars 1984 - Ecole Polytechnique - Laboratoire
de mécanique des solides - Ecole Nationale Supérieure des Mines de
Paris. Bureau de Recherches Géologiques et Minières.
T.R. HARPER and J.S. SZYMANSKI (1980) - Geologic characterizations and
their optimization for purposes of nuclear waste isolation. Subsurface
space - Proceedings of the intemational Symposium 1980. Vol. 2 - p.
905.
S.T. HOilSEMAN (1984) - Moisture content - A Major uncertainty in storage
cavity closure prediction. Abstracts second conference on the mechanical
behaviour of salt.
P.C. KELSALL and J.W. NELSON (1985) - Geologic and Engineering
characterization of gulf region salt domes applied to underground
storage and mining. Sixth international symposium on salt (vol. one -
p. 519).
R. LIHGLE, K.L. STANFORD, P.E. PETERSON, S.F. WOODHEAD (1982) - Welbore
Damage Zone experimental determination. Technical Report ONWI - 349.
P.C. ROBINSON, D.P. HODGKINSON, J. RAE (1980) - Thermal effects on
groundwater flow around a radioactive waste depository in hard rock.
Subsurface space - Proceedings of the intemational Symposium 1980. Vol.
2, p. 983.
87
B.E. SCHEETZ, P.H. LICASTRO, D.M. ROY (1986) - A Full-scale borehole
scaling test in salt under simulated downhole conditions - volume 2.
Technical report BMI/ONWI - 573 (2).
CJ. SPIERS, G.S. LISTER, H.J. ZWART (1981/1982) - "The influence of
fluid rock interaction on the rheology of salt rock and on ionic
transport in the salt". 1981/1982 contrat WAS-153-80-7-N.
87
B.E. SCHEETZ, P.H. LICASTRO, D.M. ROY (1986) - A Full-scale borehole
scaling test in salt under simulated downhole conditions - volume 2.
Technical report BMI/ONWI - 573 (2).
CJ. SPIERS, G.S. LISTER, H.J. ZWART (1981/1982) - "The influence of
fluid rock interaction on the rheology of salt rock and on ionic
transport in the salt". 1981/1982 contrat WAS-153-80-7-N.
88
MIGRATIONS DES INCLUSIONS
PHENOMENES DE RETENTION
J.V. BICÎGERS, G.O. DAYTON - Brine migration in hot pressed
polycrystalline sodium chloride.
ONWI-415 - Dec. 1982 (Battelle memorial institute)
L. CARLSEN, D. PLATZ - Retention of radionuclides in halite and
anhydrite. European Appl. Res. Rept. Nucl. Sci. Technol. vol 7. n' 4 pp.
539-575 1986 (EUR. 10 442 EN)
V.S. Mc CAULEY, G.E. RAINES - Expected Brine Movement at potential
nuclear waste repository salt sites.
BMI/ONWI-654 - August 1987 (Battelle memorial institute)
L. CHARO, P. HABIB (1987) - Etude de l'éventualité de création d'un
dôme suite à l'évacuation de déchets radioactifs dans une couche de sel
- Rapport final - Volume 1 - EUR 11081.
J.L. ECKERT, H.N. KALIA, A.J. COYLE (1987) - Quarterly brine migration
data report, jan-Mar 1985 : nuclear waste repository simulation
experiments (brine migration), Asse mine of the Federal Republic of
Germany. Technical report.
BMI/ONWI-650 -Battelle memorial institue - Aug 1987.
K.A. HOLDOWAY (1973) - Behaviour of fluid inclusions in salt during
heating and irradiation.
Fourth Int. Symp. Salt, Northern ohio geological Society, Houston, 1973.
pp. 303-312.
N. JOCKWER (1981) - Laboratory investigation of water content within
rock salt and its behaviour in a temperature field of disposed
high-level waste.
Third Intern. Sympos. scientific basis for nuclear waste management T.3,
p. 35-42.
88
MIGRATIONS DES INCLUSIONS
PHENOMENES DE RETENTION
J.V. BICÎGERS, G.O. DAYTON - Brine migration in hot pressed
polycrystalline sodium chloride.
ONWI-415 - Dec. 1982 (Battelle memorial institute)
L. CARLSEN, D. PLATZ - Retention of radionuclides in halite and
anhydrite. European Appl. Res. Rept. Nucl. Sci. Technol. vol 7. n' 4 pp.
539-575 1986 (EUR. 10 442 EN)
V.S. Mc CAULEY, G.E. RAINES - Expected Brine Movement at potential
nuclear waste repository salt sites.
BMI/ONWI-654 - August 1987 (Battelle memorial institute)
L. CHARO, P. HABIB (1987) - Etude de l'éventualité de création d'un
dôme suite à l'évacuation de déchets radioactifs dans une couche de sel
- Rapport final - Volume 1 - EUR 11081.
J.L. ECKERT, H.N. KALIA, A.J. COYLE (1987) - Quarterly brine migration
data report, jan-Mar 1985 : nuclear waste repository simulation
experiments (brine migration), Asse mine of the Federal Republic of
Germany. Technical report.
BMI/ONWI-650 -Battelle memorial institue - Aug 1987.
K.A. HOLDOWAY (1973) - Behaviour of fluid inclusions in salt during
heating and irradiation.
Fourth Int. Symp. Salt, Northern ohio geological Society, Houston, 1973.
pp. 303-312.
N. JOCKWER (1981) - Laboratory investigation of water content within
rock salt and its behaviour in a temperature field of disposed
high-level waste.
Third Intern. Sympos. scientific basis for nuclear waste management T.3,
p. 35-42.
89
S.V. KHOD'KOVA (1978) - The use of data on composition and
homogenization temperature of microinclusions in salt crystals in
solving problems of genesis.
Ext. de : Lithol. Miner. Res., t. 12, n* 6. pp. 730-732 - 1978.
W.B. KRAUSE, N.S. BRODSKY (1987) - Intracrystalline brine inclusion
motion for Palo Duro Unit 5 Salt From the Mansfield n" 1 borehole in
Oldham County, Texas.
Technical report BMI/ONWI-663 (Battelle memorial institute).
E.G. Mc NULTY, S.G. BLOOM, G.E. RAINES (1987) - Expected near-field
radionuclide transport for nuclear waste repositories at potential salt
sites.
Technical report BMI/ONWI-670 - Nov. 1987 (Battelle memorial institute).
OCDE (1981) - Phénomènes en champ proche des dépôts de déchets
radioactifs en formations géologiques.
Compte-rendu d'une réunion de travail de l'AEN.
CJ. PEACH, CJ. SPIERS, A.J. TANKINK, H.J. ZWART (1987) - Fluid and
ionic transport properties of deformed salt rock.
CE.C - Contrat n* WAS-153-80-7-N. Final report EUR 10926 EN - Janv. 84
- Jun. 85.
J.L. RATIGAN - A sensitivity study of brine transport into a borehole
containing a commercial high level waste canister.
ONWI-384 - Feb. 1987 (Battelle memorial institute).
E. ROEDDER - Application of studies of fluid inclusions in salt samples
to the problems of nuclear waste storage
Acta Geológica polonica - Vol. 32 - N' 1-2 - pp. 109-133 - Warszawa
1982.
W. SANDER, H.J. HERBERT - NaCl crystallisation at the MgCl./NaCl
solution boundary : a possible natural barrier to the transport of
radionuclides Mineralogical magazine - Vol. 49 pp. 265-270 - April 1985.
89
S.V. KHOD'KOVA (1978) - The use of data on composition and
homogenization temperature of microinclusions in salt crystals in
solving problems of genesis.
Ext. de : Lithol. Miner. Res., t. 12, n* 6. pp. 730-732 - 1978.
W.B. KRAUSE, N.S. BRODSKY (1987) - Intracrystalline brine inclusion
motion for Palo Duro Unit 5 Salt From the Mansfield n" 1 borehole in
Oldham County, Texas.
Technical report BMI/ONWI-663 (Battelle memorial institute).
E.G. Mc NULTY, S.G. BLOOM, G.E. RAINES (1987) - Expected near-field
radionuclide transport for nuclear waste repositories at potential salt
sites.
Technical report BMI/ONWI-670 - Nov. 1987 (Battelle memorial institute).
OCDE (1981) - Phénomènes en champ proche des dépôts de déchets
radioactifs en formations géologiques.
Compte-rendu d'une réunion de travail de l'AEN.
CJ. PEACH, CJ. SPIERS, A.J. TANKINK, H.J. ZWART (1987) - Fluid and
ionic transport properties of deformed salt rock.
CE.C - Contrat n* WAS-153-80-7-N. Final report EUR 10926 EN - Janv. 84
- Jun. 85.
J.L. RATIGAN - A sensitivity study of brine transport into a borehole
containing a commercial high level waste canister.
ONWI-384 - Feb. 1987 (Battelle memorial institute).
E. ROEDDER - Application of studies of fluid inclusions in salt samples
to the problems of nuclear waste storage
Acta Geológica polonica - Vol. 32 - N' 1-2 - pp. 109-133 - Warszawa
1982.
W. SANDER, H.J. HERBERT - NaCl crystallisation at the MgCl./NaCl
solution boundary : a possible natural barrier to the transport of
radionuclides Mineralogical magazine - Vol. 49 pp. 265-270 - April 1985.
90
V.I. SPITSYN, V.D. BALUKOVA, I.M. KOSAREVA, S.A. KABAKCHI
Experimental evaluation of changes in properties of natural minerals
under irradiation.
Third Intern. Sympos. on the scientific basis for nuclear waste, Manag.,
T.3, pp. 429-433, 1981.
Development of a safety assessment methodology for the geological
repository for radioactive waste in a salt Dome.
Projekt sicherheitsstudien entsorgung - Final Report.
Ed. by the project management Berlin - Jan. 1985.
Workshop on mathematical modeling for radioactive waste repositories -
Madrid - December 1986.
Ensera 1987
- Rock mechanics modelling for radioactive waste disposal in hard rock
and salt - B. COME
- Impact of thermomechanical behaviour on salt on repository design
analysis - G.K. BEALL
- Project COSA - A benchmark of computer codes for thermomechanical
behaviour of rock salt - N.C. KNOWLES.
90
V.I. SPITSYN, V.D. BALUKOVA, I.M. KOSAREVA, S.A. KABAKCHI
Experimental evaluation of changes in properties of natural minerals
under irradiation.
Third Intern. Sympos. on the scientific basis for nuclear waste, Manag.,
T.3, pp. 429-433, 1981.
Development of a safety assessment methodology for the geological
repository for radioactive waste in a salt Dome.
Projekt sicherheitsstudien entsorgung - Final Report.
Ed. by the project management Berlin - Jan. 1985.
Workshop on mathematical modeling for radioactive waste repositories -
Madrid - December 1986.
Ensera 1987
- Rock mechanics modelling for radioactive waste disposal in hard rock
and salt - B. COME
- Impact of thermomechanical behaviour on salt on repository design
analysis - G.K. BEALL
- Project COSA - A benchmark of computer codes for thermomechanical
behaviour of rock salt - N.C. KNOWLES.
top related