Fluage et endommagement des roches argileuses : évolution de la microstructure et modélisation phénoménologique

The underground radioactive waste disposal far exceeds the period of exploitation of common civil engineering works. These specific projects require to predict the irreversible deformations over a large time scale (several centuries) in order to assess the extension and to forecast the evolution of the EDZ (Excavation Damage Zone) around the cavity. In this study, the viscosity of three sedimentary argillaceous rocks has been studied under different conditions of uniaxial compression: static or cyclic creep tests, monotonic and quasistatic tests, performed across various strata orientations. Argillaceous rocks are studied as a possible host layer for radioactive waste disposals. Indeed, they present some of the physical characteristics and mechanical properties, which are essential for being a natural barrier: low permeability, high creep potential and important holding capacity of radioactive elements. The purpose of the experimental study was to shed some light over the mechanisms governing the development of delayed deformations and damage of argillaceous rocks. It relates three rocks: an argillite from East of France, a Tournemire argillite and a marl from Jurassic Mountains. On atomic scale, viscoplastic deformations are due to irreversible displacements of crystalline defects, called dislocations. The experimental study was also supplemented with observations on thin sections extracted from the argillite and marl samples using a SEM. The aim was to identify the mechanisms responsible for the time-dependent behaviour on a microstructural scale. Analytical simulations of the mechanical behaviour of the three rocks gave parameters used in different viscoplastic models. The best modeling was obtained with the viscoplastic model which takes account of the development of volumetric strains and of the damage anisotropy.La durée d'exploitation des ouvrages de stockage souterrain, en particulier de déchets radioactifs, dépasse de très loin les échelles de temps habituelles en génie civil et rend donc leur dimensionnement délicat. Pour ces projets de construction, la prise en compte du temps devient primordiale et la prévision des déformations irréversibles à long terme est indispensable pour assurer leur pérennité et leur sûreté. Dans ce but, les études expérimentales et modélisations numériques du comportement différé tentent d'évaluer, à proximité de la cavité, l'extension de la zone endommagée, EDZ (Excavation Damage Zone) et surtout de prévoir son évolution dans le temps. Au cours de cette thèse, nous avons étudié, au moyen d'essais de fluage de longue durée et d'essais de chargement à vitesse lente, la viscosité de trois roches argileuses : l'argilite du Callovo-Oxfordien, l'argilite de Tournemire et la marne du Mont d'Or. Etant données leur aptitude au fluage, leur très faible perméabilité et leur forte capacité de rétention des radioéléments, ces trois roches ont les qualités essentielles pour constituer de potentielles couches hôtes pour les stockages de déchets radioactifs. Le but de cette étude est de mieux comprendre les mécanismes régissant le développement des déformations et de l'endommagement différés de ce type de roche. A l'échelle de la microstructure, ces déformations sont dues à des mouvements irréversibles des défauts du réseau cristallin (dislocations). L'étude expérimentale a donc été complétée par une analyse microstructurale sur lames minces des échantillons testés. En simulant analytiquement le comportement mécanique des trois roches étudiées, les résultats de l'étude expérimentale nous ont permis d'identifier les paramètres utilisés dans différents modèles viscoplastiques. La meilleure simulation du comportement a été obtenue avec un modèle prenant en compte le développement des déformations volumiques irréversibles de la roche et l'anisotropie d'endommagement