ANALYSE DES ESSAIS IN SITU CACTUS

Les essais « CACTUS » (ÇhAracterisation of Ç_lay under Thermal loading for Underground Storage) permettent une étude dans des conditions in situ des couplages entre champs thermiques, hydrauliques et mécaniques dans une argile profonde. Ces essais, conçus et réalisés par G.3S avec l’appui du Centre d’Études Nucléaires Belge (CEN/SCK), sont financés à parts égales par l’ANDRA et la Communauté Européenne. Ces expériences ont été conduites entre 1990 et 1993 dans les installations souterraines du CEN/SCK à Mol.Ces essais consistent à installer une sonde chauffante dans un puits foré à partir d’une galerie souterraine et à mesurer divers paramètres thermohydromécaniques dans le massif argileux. Une période d’une année de chauffage suivie d’une année de refroidissement a été étudiée sur deux essais distincts de même géométrie. Ces capteurs sont installés plusieurs mois avant de forer le puits principal contenant la sonde, on peut ainsi mesurer les perturbations crées par ce forage. L’amorce de la phase de chauffage de la sonde est assujettie à une relative stabilisation des valeurs mesurées sur l’ensemble du dispositif. Dans chaque essai, les contraintes totales dans le massif sont déterminées dans deux forages contenant chacun cinq cellules. Trois d’entre elles donnent la valeur de la compression selon un axe horizontal dirigé vers la sonde (mesure radiale), les deux autres indiquent les compressions selon un axe horizontal perpendiculaire au précédent (mesure orthoradiaie).

Pour les deux essais, les sondes sont installées dans leur emplacement définitif dès la fin des travaux de creusement. L’espace annulaire entre la sonde et le massif (10 cm d’épaisseur) est rempli avec un coulis d’argile dont la composition a été étudiée au laboratoire. Il s’agit d’un mélange d’Argile de Boom et d’eau (boue de colmatage) d’une teneur en eau massique de 65%. Au-dessus de la boue est placée une couche de matériau souple et étanche. Il s’agit du polysol, un polymère utilisé comme joint d’étanchéité dans les fondations en génie civil. Cette couche est injectée par une pompe de la même façon que la boue. Après polymérisation, elle forme un matelas étanche et souple au-dessus de la sonde. Le puits est ensuite fermé par un bouchon de ciment d’environ 1 m d’épaisseur, puis par une colonne de béton.L’évolution de l’état hydromécanique du massif est observée pendant quelques mois, puis débutent les périodes de chauffage et de refroidissement. Deux périodes de chauffage ont été réalisées sur chacun des essais, une de courte durée (environ un mois) et une plus longue (environ une année).

Lors du chauffage de courte durée de l’essai 1, la puissance thermique est variable, elle est ajustée de façon à maintenir la température de la sonde à une valeur constante. Ce chauffage a été interrompu à la suite d’un incident électrique survenu après 47 jours de chauffe. il est très difficile d’obtenir des mesures fiables des contraintes in situ. Quel que soit le diamètre du forage recevant les appareils de mesures, on a inévitablement une décompression du massif autour de ce forage. Ainsi, même si l’on dispose d’un appareillage précis, les valeurs mesurées ne sont pas représentatives de l’état de contraintes existant dans le massif.   L’état hydraulique est également perturbé juste après l’installation des capteurs, mais après quelques mois la pression interstitielle est rétablie. En effet, à moins d’une étanchéité imparfaite autour du forage, on mesure après équilibre une pression d’eau égale à celle existant dans le massif.Les valeurs de pression interstitielle après excavation sont mêmes en deçà de la valeur minimale accessible par ce système de mesure. En effet, la pression d’eau doit être environ de 0,15 MPa au-dessus de la pression atmosphérique pour que l’eau puisse remonter jusqu’au capteur placé dans la galerie.