Simulations Thermo-Hydro- Mécaniques pour le stockage profond des déchets nucléaires – apport des couplages pour la prédiction des zones endommagées 1 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Plan de l’exposé � Le stockage sous terrain : présentation et architecture � Les modèles � Modèle THM en milieux poreux dans Code_Aster � Les termes de transferts gazeux � Les études de stockage réalisées dans le cadre de la problématique des gaz � Etude Hydromécanique d’une alvéole HA (EDF/LAEGO) • Etude réalisée dans le cadre du benchmark HM-GAZ • Prise en compte d’un modèle d’endommagement (R. Giot) � Etude THM d’une alvéole HA • Influence de la thermique sur le terme source • Conséquences en pressions � Synthèse et perspectives 2 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Le stockage sous terrain : architecture d’un site (1/3) Alvéole HA 3 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Le stockage sous terrain : architecture d’un site (2/3) 4 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Le stockage sous terrain : architecture d’un site (3/3) � Alvéole de déchets vitrifiés (HA) � Alvéole de déchet MA 5 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
La THM du champs proche � Une géométrie complexe � Des matériaux hétérogènes à forts contrastes � Argilite saine ou endommagée � Bétons, remblais � Bouchons (argile gonflante) � Vides et jeux fonctionnels � Acier : surconteneurs, chemisages, soutènements � Forts contrastes de saturation (bouchons ou remblais désaturés, sol saturé) � Un problème multiphysique : thermique, hydraulique, mécanique, (chimique) � Chargement d’origine mécanique : excavation � Chargement d’origine thermique : les colis radioactifs � Chargement d’origine hydrique : ventilation, gaz de corrosion � Spécificités hydriques � Fortes pressions capillaires (100 Mpa) � Pression de gaz pouvant atteindre plusieurs MPa 6 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Modèle THM en milieux poreux(1/2) � Hypothèses : � Milieu poreux 2 phases (liquide gaz) et 2 constituants (ex. H 2 O et H 2 ) � Pas de transport de soluté � Un modèle entièrement couplé: THM � De très fortes non linéarités dues au termes de transfert diphasiques � Les termes « Fickiens » pour les lois de mélange � Les termes de pressions capillaires et de perméabilité relatives • Exemple : le modèle de Mualem Van-Genuchten � − � � � ( ) � � � ) ( ) � � � ( ) � � � � � � � � � � � � ( � � � � � � � � � � � = − − � � � � � � = − − = − + + � � ��� �� �� � � ��� �� �� � ���� ���� � � � � � � P erm éab ilités relatives S(Pc) 1 1 0,9 0,9 0,8 0,8 0,7 Colis 0,7 0,6 Béton rempl. 0,6 k(S) 0,5 0,5 ZF S 0,4 0,4 ZE 0,3 0,3 Cox 0,2 0,2 0,1 0,1 0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,00E+00 1,00E+08 2,00E+08 3,00E+08 4,00E+08 S Pc (Pa) 7 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Les modèles mécaniques utiles au stockage � Pour l’argilite � Drücker Prager (modèle élastoplastique) � Hoek et Brown modifié (critère de plasticité H&B + écrouissage prépic – radoucissement post pic) � Laigle (post pic adoucissant discontinu) � L&K (viscoplastique) � Pour les matériaux ouvragées � Modèle de Camclay � Modèle de Barcelone � Modèle d’argile gonflante (LAEGO) � Pour le béton (matériaux fragile isotrope) � Modèle d’endommagement de Badel � Modèle d’endommagement de Mazars 8 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Etudes réalisées avec Code_Aster dans le cadre du stockage Objectifs � � Calculs mécaniques de champs proches pour estimer l’extension de la zone endommagée (EDZ) Garantir la tenue des bouchons et des scellements � Estimer les pressions d’hydrogène � Comprendre les mécanismes de désaturation résaturation � � Mécanismes à prendre en compte : Le creusement (des galeries et des alvéoles) � La mise en place des bouchons et des scellements � La production des gaz de corrosion (sur plusieurs milliers d’années) � La thermique générée par les colis de déchets � Exemples � Etude HM-GAZ initialement soumise par l’Andra (EDF + R. Giot LAEGO) � Modélisation THM d’une alvéole � 9 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Une étude HM-GAZ (1/8) � Les objectifs � En 2007 ANDRA a défini une étude hydro-mécanique sur une configuration d’alvéole HA isolée avec production de gaz de corrosion � Un des objectifs était d’estimer le degré de couplage hydro-méca, qui s’est avéré assez faible � Deux phénomènes non représentés dans HM-gaz : � Variation perméabilité avec endommagement � Variation S(Pc) avec endommagement � Perméabilité : � � ( ) ( ) ��� � � � �� � � � � � � �� � �� � �� − ε + ε < ε < � � � � = ��� � � � � � � � � �� �� �� − � + < ε � � � S(Pc) � écart constant entre Pg et Pw au droit des colis � Cette propriété sera-t-elle conservée si S(Pc) dépend du dommage � � − � � � � � �� − � ( ) ε � � � � � � � �� − � �� �� − � ε < � � � � � � � � ( ) � � � = = + � � � � ( ) � � � � � � � � � � � �� �� �� ε − − � � � < ε � � � � 10 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Une étude HM-GAZ(2/8) géométrie, chargements � Représentation axisymétrique (gravité non prise en compte) � Modèles mécaniques : Béton élastique, Bouchon arg. gonflant, Argilite élastoplastique (DP) � Phases : � 1 phase creusement (0-2 ans) • Creusement : 3 jours • Attente : 2 ans � 2-3 ans : Resaturation en eau du vide et mise en place des bouchons � Ventilation de la galerie de 2 à 100 ans (HR=50%) � A 100 ans : mise en place du remblais (S=0,8) � De 3 à 500 000 ans: corrosion - Injection d’hydrogène 9,969.10 -11 � 1,495.10 -11 ����� �� �� �� � 9,969.10 -13 500000ans � 3ans 4500ans 200000ans 11 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Une étude HM-GAZ(3/8) Les calculs de base : Kint et Pr constants � La pression de gaz maximale est de 7 Mpa. Tout le massif « voit » les phases de corrosion P gaz 8,E+06 P1 P2 7,E+06 P3 P4 �� 6,E+06 P5 �� P6 5,E+06 P7 �� 4,E+06 P8 � ���������������������� P9 �� 3,E+06 P10 P11 ��������������������� �������� 2,E+06 P12 P13 1,E+06 P14 0,E+00 P15 0 20000 40000 60000 80000 100000 P16 P17 Ans � ����� �� �� �� � 3ans 4500ans 200000ans500000ans � 12 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
Une étude HM-GAZ(4/8) Les calculs de base : Kint et Pr constants � Évolution hydraulique des bouchons dépend de la ventilation et des gaz � Resaturation, désaturation partielle, resaturation totale � � � � � � � � � Saturation Saturation Saturation Saturation Saturation Saturation � � � � � � Points 4 et 5 Points 4 et 5 Points 4 et 5 Points 4 et 5 � � � Points 4 et 5 Points 4 et 5 1 1 1 1 1 1 0,95 0,95 0,995 0,995 0,995 0,995 P4 P4 P4 P4 P4 P4 0,9 0,9 0,99 0,99 0,99 0,99 P5 P5 P5 P5 P5 P5 0,85 0,85 0,985 0,985 0,985 0,985 0,8 0,8 0,98 0,98 0,98 0,98 2 2 7 7 7 7 107 107 100 100 2600 2600 5100 5100 Ans Ans Ans Ans Ans Ans 13 5 Février 2009 Journée des utilisateurs de Code_Aster en géoscience - IFP
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