Thèse Caractérisation des Écoulements Dilatants dans les Argilites par Injection de Gaz Sous Contrôle de la Microtomographie aux Rayons X H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Laboratoire de recherche : LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay
Direction de la thèse : François HILD ORCID 0000000155530066
Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59

L'objectif est d'observer directement et de déterminer le domaine paramétrique d'existence des écoulements dilatants de gaz dans un argilite. Une cellule à confinement radial transparente aux rayons X sera construite. Des injections de gaz dans un échantillon de roche de taille millimétrique y seront effectués sous contrôle de la microtomographie X. Les résultats de l'imagerie seront analysés à l'aide d'approches de corrélation d'images volumiques. Des injections de gaz lentes seront réalisées à l'aide d'une pompe de précision à l'extérieur d'un tomographe pendant une longue période. Des scans seront réalisés régulièrement et notamment avant le début de l'injection et après la percée de gaz. Les espaces poraux seront d'abord segmentés à l'aide d'outils classiques à la recherche de pores percolants. Les images obtenues auront néanmoins une résolution d'une dizaine de µm, ce qui pourrait ne pas être suffisant pour détecter directement les modifications de la porosité à la suite du passage du gaz. Pour cette raison, la corrélation d'images volumiques (DVC) sera utilisée. Il s'agira d'atteindre des résolutions inferieures à la taille d'un voxel pour la mesure d'ouverture de fissures. La DVC sera utilisée pour évaluer des champs d'ouverture de fissures et pour calibrer les paramètres d'un modèle d'endommagement implémenté dans un code de migration de gaz à l'échelle des pores.

L'ASNR mène des recherches sur la sûreté des installations de stockage géologique des déchets radioactifs. Dans un stockage en argilite, une forte production d'hydrogène est attendue après fermeture. Cette phase gazeuse pourrait modifier les propriétés de la roche et des matériaux ouvragés. Léquation de Darcy généralisée décrivant les écoulements visco-capillaires est la seule approche disponible à l'échelle plurimétrique pour modéliser la migration du gaz. Des expérimentations indiquent un autre mode de migration de gaz dans les argiles saturés en eau. Des observations montrent que le passage de gaz s'accompagne d'une dilatance macroscopique des échantillons d'argilite sans déplacement significatif de l'eau porale. Le gaz semble provoquer une ouverture de chemins préférentiels localisés et réversibles tant que la pression du gaz n'excède pas le seuil de fracturation du squelette solide. Les résultats plus récents ont révélé la dilatance plus faible et davantage liée à la microfracturation selon les plans de stratification.

L'objectif est d'observer directement et de déterminer le domaine paramétrique d'existence des écoulements dilatants de gaz dans un argilite. Une cellule à confinement radial transparente aux rayons X sera construite. Des injections de gaz dans un échantillon de roche de taille millimétrique y seront effectués sous contrôle de la microtomographie X. Les résultats de l'imagerie seront analysés à l'aide d'approches de corrélation d'images.

Mécanique des matériaux et des structures, géomécanique
Expérimentation mécanique
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