Description

Jad Zghondi nous parle des des démonstrateurs et prototypes construits au Laboratoire souterrain et leur utilité pour le projet Cigéo

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Transcription

• Speaker #0

  Bienvenue au laboratoire souterrain, une aventure scientifique et humaine. Aujourd'hui, je suis accompagné de Jad Skondi, il est chef de service géomécanique, géotechnique et génie civil souterrain à l'ANDRA. Il nous parle des différents prototypes et démonstrateurs construits au laboratoire souterrain et de leur utilité pour la construction prochaine de CIGEO. Quelle différence entre un prototype et un démonstrateur ?

• Speaker #1

  Un démonstrateur, c'est la dernière étape d'une démarche multi-échelle pour consolider la robustesse d'un concept ou d'un type de design, de galerie par exemple, ou d'autres types de scellements ou autres. Donc ça rentre dans la démarche multi-échelle de consolidation de ces types de composants. Quand on est sur un prototype, on est vraiment sur l'élément ou le composant juste avant l'intégration dans CGU avec des fonctions et des objectifs bien précis en lien direct avec

• Speaker #0

  CGU. Peut-être que vous pouvez illustrer avec un exemple de prototype emblématique développé au laboratoire ?

• Speaker #1

  Par exemple, si on prend les cas des différents types de soutènements, revêtements qu'on a étudiés pour arriver au démonstrateur au laboratoire souterrain, au début on était sur des galeries avec des soutènements, donc des types de tunnels en béton qui sont souples, qui peuvent accompagner la roche. Le but était au début de comprendre le comportement de la roche et dans les deux sens de creusement, car en fonction de la direction qu'on creuse, la réaction de la roche n'est pas pareille sur le revêtement final. Après, on est allé sur d'autres types de cas où on a, par exemple, augmenté la rigidité de ces tunnels. En gros, on avait quelque chose de plus rigide. On avait passé à des soutènements plus épais. à des soutènements encore avec des cales compressibles, à des soutènements sur des galeries de plus grand diamètre. On a changé encore, pour amener plus de variantes, la méthode de creusement. On creusait au début avec des méthodes traditionnelles. Ce sont des méthodes qui consistent à un enchaînement d'ateliers pour au début sécuriser les ouvriers, avec du creusement, du boulonnage, des poses de béton projetées et des revêtements décalés dans le temps. On a testé ces méthodes dans les deux directions, puis derrière on a continué avec des tunneliers. Donc en gros on creuse et on pose directement des voussoirs qui sont déjà préfabriqués en surface. L'ensemble est challengé dans les deux directions. Et donc avec ce retour d'expérience, on est encore allé plus loin en intégrant des matériaux compressibles. C'est un type de design qui est vraiment innovant et qui est breveté à l'Andra, où on intègre entre les éléments du... du soutènement ou du revêtement, des éléments qui peuvent se comprimer et donc se déformer, ce qui allège les efforts dans les revêtements et donc ce qui optimise les dimensionnements des revêtements, donc du tunnel final. Donc ça, on l'a réalisé, on a ramené des preuves long terme encore avec des essais en surface pour charger à très long terme les types de revêtements qu'on utilise au laboratoire souterrain. et à la suite tous ces éléments ont été intégrés dans OMA où actuellement on a une sorte de démonstrateur de 80 mètres de longueur qui a un diamètre qui n'est pas très loin de celui des galeries MAVL de CIGEO où on creuse en méthode traditionnelle et on intègre des revêtements compressibles et on va réaliser un GC intérieur, ça veut dire une structure intérieure avec des radiers, des dalles, des murets. qui se rapprochent de ceux prévus dans les MAVL de CIGEO.

• Speaker #0

  Jusqu'à présent, on parlait des galeries, et il y a également des démonstrateurs sur les carrefours, c'est-à-dire les moments de croisement, j'imagine, entre deux galeries ?

• Speaker #1

  Oui, c'est exactement ça. Dans CIGEO, il y a pas mal d'intersections entre différents types de galeries, parfois qui sont creusées avec différentes méthodes de creusement. Un des points intéressants, c'est que ces ouvrages sont vraiment spécifiques, et avec le fait que la roche continue à converger dans le temps, et donc donc de ramener des efforts, le dimensionnement de ces ouvrages est très prudent actuellement. Il faut qu'on soit à un niveau de connaissance de ce qui se passe alentour de cet ouvrage qui nous permet de dimensionner, tenant compte de tous les facteurs de sécurité, mais qui est encore optimal en termes de dimensionnement du revêtement ou de phasage des réalisations. De ce fait, le retour d'expérience du laboratoire souterrain est très enrichissant, car on a pas mal d'informations. intersection avec différentes variantes. On a par exemple des carrefours en T, des carrefours en X, on a différents types de soutènements dans les carrefours, il y a des soutènements avec des cintres glissants, c'est la majorité, mais on a encore des soutènements de carrefours avec des cales compressibles, ce qui permet derrière de couler des revêtements définitifs, et donc c'est un peu le cas de ce qu'on vise dans CIGEO. on a des carrefours en X en termes de réalisation En termes de phasage et de planning de réalisation, ce sont les intersections les plus complexes à réaliser. On en a trois actuellement au laboratoire souterrain. Dans le chantier 5 qui va y arriver, on va réaliser des carrefours de grand diamètre qui se rapprochent de ceux de CIGEO en intégrant encore des matériaux compressibles entre les soutènements et les revêtements définitifs. Toute cette démarche de pas à pas permet de consolider les connaissances En parallèle de tout ça, il y a de la caractérisation, que ce soit pour les galeries ou les carrefours, en termes de matériaux cimentaires ou matériaux compressibles qu'on utilise, ou bien entendu la roche et son comportement derrière. Et en parallèle, un programme de simulation qui nous guide en termes de dimensionnement pour caler avec ce qu'on observe. Et c'est ça qui nous permettra à la suite de dimensionner ou d'intégrer tout ce retour d'expérience dans le projet.

• Speaker #0

  Donc tous ces prototypes et ces démonstrateurs, ils produisent énormément de données. Une fois qu'on a ces données, qu'est-ce qu'on en fait finalement ? Quel est le résultat ? Quelles sont les décisions qu'on va prendre par rapport à ce retour d'expérience ?

• Speaker #1

  On a différentes données qui sortent de ces ouvrages. Il y a en premier les mesures des capteurs qu'on vient mettre en place. Donc ces mesures seront traitées en fonction des corrections qu'on va réaliser, en fonction du phasage de réalisation. En parallèle, on a des programmes de caractérisation sur les matériaux qu'on a utilisés lors de la réalisation de l'ouvrage, que ce soit du béton, de l'acier, des colis d'injection. Encore, on a un programme de simulation, on vient reproduire, mais avec une méthode numérique, la manière qu'on a creusé ou réalisé l'ouvrage, et pouvoir voir est-ce qu'avec notre méthode de dimensionnement, est-ce qu'on obtient le même comportement qu'on observe sur les capteurs. Et donc ça c'est le premier axe comportement, après il y a le deuxième axe qui est la partie méthode, où on vient suivre avec des mesures visuelles comme des scanners 3D ou une analyse du phasage de réalisation ou de localisation des différents éléments mis en place, la partie réalisation de l'ouvrage, ça veut dire la variabilité des épaisseurs, des caractéristiques mécaniques, des désordres s'il y en a, les inspections, le suivi dans le temps. Et donc ces deux grands axes nous permettent après... de comparer les galeries entre elles, les techniques entre elles, et de donner des informations pour le projet. Comme par exemple sur l'expérimentation HOMA, avec ces mesures, par exemple si on prend la partie comportement, on peut dire qu'une galerie de 4 mètres de diamètre, une galerie de 10 mètres de diamètre, se comporte de la même manière en ramenant les déformations, les convergences au diamètre. Et donc on n'a pas un effet échelle quand on augmente le diamètre du creusement. Et ça, c'est des éléments qui peuvent aider le projet en termes de fiabiliser la construction et le design.

• Speaker #0

  Ces démonstrateurs et ces prototypes, ils sont produits sur la longueur de la durée de vie du laboratoire, c'est-à-dire quelques dizaines d'années. Comment on peut s'assurer qu'ils fonctionneront pour l'exploitation de CIO qui, elle, s'étendra sur un siècle, voire plus ?

• Speaker #1

  En fait, la question est que dans ces démonstrateurs, donc on va suivre... les informations que ce soit sur le comportement ou sur l'interaction en restructure durant une période qui va s'étendre sur quelques dizaines d'années. Et en parallèle, CGO sera dimensionné, par exemple si je pars des structures, pour une période séculaire. C'est là l'intérêt d'avoir un suivi bien précis du comportement, car on peut à la suite extrapoler dans le temps pour essayer de comprendre qu'est-ce qui se passera à long terme. Ça, c'est ce qu'on fait actuellement sur nos structures, où on a des ouvrages comme les PUIs qui sont suivis depuis une vingtaine d'années. Mais en plus de ça, sur quelques solutions innovantes, où il y a très peu de choses encore dans les normes, même si ça évolue, il faut qu'on ramène des preuves du bon fonctionnement long terme de nos solutions innovantes. Et donc, dans ces cas-là, on vient réaliser des essais parfois long terme. Par exemple... On vient sur les matériaux compressibles, on a réalisé un essai en surface où on a sur un anneau de galerie qui fait 6 mètres de diamètre, on charge une vente une centaine de vérins, chaque vérin c'est 500 tonnes, c'est avec notre partenaire à l'université Gustave Eiffel, et ça nous permet d'appliquer en une journée ce que ce bout de galerie va voir sur plusieurs centaines d'années. Et de ramener des preuves sur le long terme qu'en gros ce type de concept fonctionne, ça veut dire en gros le revêtement, la partie béton armée du voussoir, elle reste avec des chargements sous les recommandations des normes. actuelle et avec des ordres qui ne touchent pas la partie structurelle des voussoirs. Et c'est ce qu'on a pu démontrer et c'est ce qu'on utilise pour consolider ce type de solution innovante.

• Speaker #0

  Donc c'est des formes d'accélération du vieillissement un peu artificielle qui viennent au renfort pour démontrer la durabilité.

• Speaker #1

  Oui, c'est exactement ça qu'on utilise sur les solutions innovantes, comme par exemple les armatures au fibrométallique. on a tout un programme encore en termes de démonstration scientifique mais encore d'intégration dans des structures où là prochainement au laboratoire souterrain on va faire des radiers avec des armatures et des fibres non métalliques et en parallèle on étudie on a étudié déjà avec des thèses et on complète la question de durabilité de ces nouveaux matériaux dans le temps avec encore des cycles de vieillissement et des analyses de l'interaction avec le béton mais c'est encore le même cas pour des bétons ou d'autres éléments qui seront utilisés dans un les différents composants.

• Speaker #0

  Est-ce que les modèles numériques peuvent aussi vous aider justement à confirmer la durabilité ?

• Speaker #1

  Avec les méthodes numériques, au début, il faut qu'on soit sûr de la bonne reproduction du comportement qu'on observe au laboratoire. Donc au début, on a différentes démarches sur ces méthodes numériques. On a des méthodes qui peuvent être utilisées dans les bureaux d'ingénierie classiques, vu que CIGEO sera dimensionné par ces bureaux. Et en parallèle, on a... d'autres variantes ou d'autres types de lois de comportement ou démarches de simulation qui sont plus phénoménologiques. Ça veut dire que ce sont des lois de comportement un peu plus poussées, multiphisiques, qui permettent d'être plus fins sur le comportement. Et c'est une spécificité de l'ANDRA, car ces types de simulation nous permettent de vérifier le bon dimensionnement des ouvrages de CIGEO par la suite. Et donc, comment on challenge l'ensemble ? C'est que pour caler les paramètres de ces lois, ces lois contiennent des paramètres physiques, ou parfois calés sur un comportement, tous ces différents paramètres sont challengés et comparés avec le comportement des différentes galeries ou ouvrages qu'on a au laboratoire souterrain sur la période de réalisation d'une vingtaine d'années. Ce qui permet d'avoir déjà un bon socle de connaissances et de pouvoir projeter par la suite dans le temps.

• Speaker #0

  Si je comprends bien, on construit un modèle numérique avec les informations qu'on a, puis on le compare aux expériences qu'on a déjà pu mettre en place sur les 20 premières années. Et si les deux modèles collent, c'est-à-dire l'expérience qu'on a faite et le modèle numérique, on peut espérer que le modèle numérique continuera d'être pertinent sur la suite.

• Speaker #1

  Oui, exactement. En parallèle de ça, pour le challenger pour cette question de long terme, on vient ajouter les essais accélérés qu'on réalise, par exemple, si on est sur des matériaux compressibles, ou des essais accélérés ou de chargement sur des éprouvettes encore en laboratoire jour, sur la roche ou sur les revêtements. Et encore, on ajoute de la sensibilité, ça veut dire on vient injecter de la variabilité en termes de paramètres, ou de géométrie, ou de ce qu'on observe, ou de réalisation, de phasage de réalisation, avec le retour d'expérience qu'on a au laboratoire. Et après, on vient comparer toutes ces méthodes entre elles. Par exemple, pour le dimensionnement CIGEO, en intégrant des matériaux compressibles, on vient comparer toutes ces différentes lois de comportement et démarches qu'on développe. Et on vient vérifier que sur l'ensemble, même avec de la variabilité, on respecte de manière très acceptable le dimensionnement des ouvrages en termes de recommandations par rapport aux normes actuelles. Et c'est ça qui ramène de la robustesse du dimensionnement au long terme.

• Speaker #0

  Voilà qui conclut notre excursion au laboratoire souterrain du CMHM. Merci à Jad Zgondi pour son témoignage. Et quant à nous, nous nous retrouverons à la prochaine résidence.