Dans le contexte du stockage géologique profond de déchets radioactifs, il est primordial de bien connaitre le comportement hydromécanique de la formation hôte. Les travaux réalisés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de la recherche sur le comportement de l’argile de Boom ({ Mol, Belgique) au laboratoire Navier/Equipe Géotechnique (CERMES) depuis une dizaine d’années.

En raison de la déposition géologique, l’argile de Boom se comporte comme un matériau anisotrope ou plus précisément un matériau isotrope transversal. En effet, plusieurs études expérimentales antérieures ont mis en évidence son caractère anisotrope. Sultan (1997) et Sultan et al. (2010) ont déterminé expérimentalement la surface de charge de cette argile et montré que cette surface dans le plan (p’- q) n’est pas symétrique par rapport { l’axe p’. Hueckel et Pellegrini (1996) ont réalisé des essais triaxiaux avec mesures de déformations locales à plusieurs températures et ont observé que la déformation latérale est plus grande que l’axiale. Le comportement anisotrope a été également observé en termes de conductivité hydraulique par des mesures in-situ (Yu et al., 2013) et de la conductivité thermique par l’analyse inverse (Chen et al., 2011). On note également que les essais réalisés dans le laboratoire sous terrain à Mol par EURIDICE ont montré une différence notable entre la contrainte totale horizontale et la contrainte totale verticale (Li et al., 2010). Ainsi, il est important de bien comprendre le comportement anisotrope afin de  prévoir la réponse de l’argile de Boom sous des sollicitations thermo-hydro mécaniques (THM), et d’optimiser le système de stockage tout en assurant sa sureté. Dans ce cadre de cette thèse, le comportement anisotrope de l’argile de Boom est étudié aussi bien au niveau expérimental qu’au niveau de modélisation.

L’utilisation de matières radioactives produit inévitablement des déchets radioactifs. Ces déchets proviennent essentiellement des centrales nucléaires, des usines de traitement des combustibles usés et des installations nucléaires civiles et militaires.  . Ces déchets émettent de la radioactivité et présentent des risques pour l’homme et l’environnement. Ainsi, ils doivent être gérés de manière spécifique en fonction de leur niveau de radioactivité et de leur durée de vie.

Les déchets radioactifs sont variés et leur classification repose sur deux paramètres : niveau de radioactivité et période radioactive. En fonction du mode de gestion, l’ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des déchets radioactifs) a classifié les déchets radioactifs en quatre catégories  . Les déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) et de moyenne activité et à vie longue (MAVL) émettent pendant des durées pluri-séculaires ou pluri-millénaires des rayonnements ionisants. Le mode de gestion de ces déchets doit donc permettre de les isoler de la biosphère pendant la durée nécessaire à la décroissance de leur radioactivité. Un des modes de gestion proposés dans certains pays est le stockage en couche géologique profonde.

Différentes formations géologiques hôtes sont actuellement { l’étude, ou en utilisation, dans le monde : tuf, granite, sel, argile raide, argilite, roche sédimentaire, par exemple . Le comportement de ces différents matériaux vis-à-vis des contraintes liées au stockage (température et présence d’eau notamment) conditionne la nature des barrières à mettre en place.

Le stockage géologique est conçu pour retarder le relâchement et la migration des radioéléments sur une échelle de temps compatible avec leur période de décroissance. Les déchets sont isolés dans une couche stable, à grande profondeur et dans une infrastructure particulière. En réalité, une série de barrières est placée entre la biosphère et les déchets : une barrière naturelle (par exemple : la couche d’argile profonde) et plusieurs barrières ouvragées. Ces dernières se composent de suremballages en plusieurs couches étanches, de toutes sortes de matériaux de remblayage et de scellement et des galeries d’enfouissement. Toutes ces barrières contribuent { la sûreté par : (i) isolement des déchets radioactifs (l’argile ou, plus généralement, la roche hôte est la barrière principale pour la sûreté à long terme), (ii) confinement technique des déchets radioactifs, (iii) dispersion différée et étalée des radionucléides.

La formation hôte doit être suffisamment profonde, épaisse et géologiquement stable à très long terme. En réalité, l’argile profonde est idéale pour mettre les déchets radioactifs en dépôt final. Premièrement, elle est considérée pratiquement imperméable et l’eau n’y circule presque pas ; les matériaux de remblayage et de scellement de l’infrastructure de dépôt retardent l’arrivée d’eau. Deuxièmement, lorsque les radionucléides entrent en contact avec l’argile, ils se redistribuent entre les particules solides et l’eau interstitielle dans l’argile. Certains radionucléides s’accrochent { l’argile, et le reste se dissout dans l’eau. Comme la perméabilité dans l’argile est faible, il faudra donc énormément de temps pour que les radionucléides dissous ne s’échappent de la couche d’argile .

Afin d’étudier le comportement thermo-hydro-mécanique de la formation hôte, plusieurs laboratoires de recherche souterrains sont construits, par exemple : deux laboratoires dans la formation d’argilite { Bure et Tournemire (France), laboratoire dans la formation d’argile raide { Mol (Belgique), laboratoire dans le granite à Grimsel (en Suisse), laboratoire dans le sel à Gorleben (en Allemagne) .

En France, suite à la loi Bataille en 1991, les études sont menées par l’ANDRA qui exploite le laboratoire de recherche souterrain de Meuse/Haute-Marne. Ce laboratoire est constitué d’un réseau de galeries souterraines { Bure dans une couche d’argilite Callovo-Oxfordienne (ou argilite de COx) située { environ 500 m de profondeur dans l’est du bassin parisien.