Comportement poro-viscoplastique endommageable des cavités souterraines : application au stockage des déchets radioactifs

This thesis deals with the long-term hydro-mechanical behaviour of an underground cavity, for example, in the storage of nuclear wastes in deep geological formations. A quasi-analytical solution, taking into consideration the complete life cycle of a tunnel, from the excavation to the post-closure stage after backfilling, is presented within the framework of poroelasticity. It is a useful benchmark test to check the reliability of a numerical solution, computed with the software Cast3M, and based on the superposition of two rheological models on the same mesh. This superposition principle allows to extend the capacity of the software to modell complex hydro–mechanical behaviours. Finally, a new model coupling hydro-mechanical aspects, creep, hardening and anisotropic damage is presented. Developed within the framework of thermodynamics of porous continua, it is based on the “key” concept of a double effective stress, combination of the effective stress of Biot for porous media and the effective stress defined in Continuum Damage Mechanics. The effect of damage on the hydro-mechanical parameters is also considered. This model is integrated in a finite-elements code, initially developed in DGCB (Département Génie Civil et Bâtiment). Its validity is checked on “limit” behaviours (poroelasticity, monophasic viscoplasticity) where quasi-analytical solutions are known. Parametric studies highlight the consistency of other partial couplings and of the complete model.Cette thèse a pour objet l’étude du comportement hydromécanique à long terme de galeries de stockage de déchets radioactifs en formation géologique profonde. Une solution quasi-analytique, prenant en compte la totalité du cycle de vie d’une galerie « type », de l’excavation à la phase post-fermeture après remblaiement, est présentée dans le cadre de la poroélasticité. Elle constitue une solution de référence utile pour tester la fiabilité de la solution numérique développée ensuite grâce au code de calcul Cast3M. Celle-ci est obtenue en superposant deux modèles rhéologiques sur le même maillage. Ce principe de superposition permet d’étendre la capacité du code de calcul à modéliser des comportements complexes hydromécaniques. Enfin, un nouveau modèle couplant les aspects hydromécaniques, de fluage, d’écrouissage et d’endommagement anisotrope est présenté. Elaboré dans le cadre de la thermodynamique des milieux poreux, il est basé sur le concept « clé » de contrainte doublement effective, combinaison de la contrainte effective de Biot et de la contrainte effective de la Mécanique de l’Endommagement. L’effet de l’endommagement sur les paramètres hydromécaniques est également pris en compte. Ce modèle est intégré à un code de calcul initialement développé au DGCB (Département Génie Civil et Bâtiment). Sa validité est vérifiée en considérant des comportements « limites » (poroélasticité, viscoplasticité monophasique) où des solutions quasi-analytiques sont connues. Des études paramétriques mettent en évidence la cohérence des autres couplages partiels et du modèle complet