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Quantification de l'érosion des couvertures du Centre de Stockage de la Manche en fonction de leurs caractéristiques géotechniques et de la pluviométrie

Quantification de l'érosion des couvertures du Centre de Stockage de la Manche en fonction de leurs caractéristiques géotechniques et de la pluviométrie

Quantifying surface erosion in the Centre de Stockage de la Manche as a function of cover material properties and rainfall regime

Proposition de thèse

Spécialité

Géosciences et géoingénierie

Ecole doctorale

Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement

Directeur de thèse

FLEURISSON Jean-Alain

Co-encadrant

GRIMAUD Jean-Louis

Unité de recherche

Centre de Géosciences

ContactJean-Louis GRIMAUD
Date de validité

01/10/2021

Site Web
Mots-clés

Érosion, Changement climatique, ANDRA

erosion, climate change, ANDRA

Résumé

Le Centre de stockage de la Manche (CSM) de l'Andra est le premier centre français de stockage de déchets radioactifs. Il a été exploité de 1969 à 1994, année de réception du dernier colis. 527 225 m3 de déchets radioactifs de faible et moyenne activité y ont été stockés sur une superficie de 10 hectares. Le site est suivi et instrumenté par l'ANDRA. Pour limiter les risques sanitaires et environnementaux, la couverture de ce site doit : (i) empêcher tout transfert d'eau au travers des déchets sous-jacents et (ii) protéger physiquement les déchets afin d'empêcher une mise à nu. La problématique particulière étudiée dans le cadre de ce travail doctoral est de pouvoir garantir sur le long terme (plusieurs centaines d'années) le fonctionnement prévu de la couverture vis-à-vis de phénomènes d'érosion hydrique en fonction des évolutions climatiques et des précipitations correspondantes. Pour cela, il est nécessaire d'assurer que la perte d'épaisseur éventuelle de la couverture par érosion demeure acceptable pour son bon fonctionnement.
Il est proposé de concevoir et de mettre en place un système expérimental d'érosion en laboratoire à échelle réduite afin d'explorer la réponse des sols de la couverture du site du CSM à des sollicitations climatiques extérieures. Les expérimentations permettront d'appréhender de manière qualitative et quantitative les phénomènes d'initialisation et de progression de l'érosion. Un premier système permettra de tester différents régimes de pluviométrie ainsi que différentes géométries (~pente) de couverture afin d'étudier la formation de rigoles à la surface du matériau et de détecter à partir de quel seuil (intensité de la pluie, taille des gouttes, pente …) le matériau commence à s'éroder. Enfin, il permettra notamment d'étudier la géométrie du réseau d'incision en fonction des différents paramètres (pente, pluies, type de matériaux). Le second dispositif permettra, de manière localisée, de tester l'effet des rigoles et leur évolution (pente) sur les matériaux afin de simuler l'ajustement de leur profil longitudinal.
Les scénarios d'évolution climatique fortement perturbés seront traduits en évènements pluvieux caractéristiques qui seront imposés aux dispositifs expérimentaux. Plusieurs scénarios critiques seront testés, une partie d'entre eux inclura un arrêt de la pluie jusqu'à la dessiccation du matériau afin de tester l'impact de cycles sécheresse/pluie sur l'érosion. Les résultats de cette étude permettront l'élaboration d'un protocole d'une planche d'essai à plus grande échelle dans des conditions proches de celles du stockage, dont la réalisation pourra être envisagée dans le cadre de travaux ultérieurs à cette thèse.

The Andra CSM (Centre de Stockage de la Manche) is the oldest nuclear wastes storage site of France. It was in use from 1969 to 1994. Since then, 527 225 m3 of nuclear waste of low and medium activity have been stored in a 10 hectares area. The CSM is still monitored by the Andra. In order to limit environmental and sanitary risks, the geological cover of this site must (i) prevent underground water transfer and (ii) protect physical denudation down to the waste compartment. The aim of the PhD is to further ensure the long-term (several hundreds of years) resilience of the geological cover from hydraulic erosion as a function of Climate change and associated modifications of rainfall patterns. In this context, it is necessary to ensure that any hypothetical thickness loss of the cover will be minimal.
During this PhD, a reduced-scale erosion device will be build in the Geomorphic Lab of Fontainebleau in order to explore the response of the soils in place in the CSM to external climatic perturbations. These experiments will allow describing and quantifying the initiation and development of erosion processes at the surface. A first experimental device will allow testing several rainfall regimes as well as different geometry (slopes) of the cover in order to study rill formation and to identify potential thresholds (rainfall intensity, droplet size, slope) at which the material is being eroded. The erosion geometry will be tested as a function of material properties and climatic scenarios. The second experimental device will allow looking at water flow erosion more locally in the rills as well as the adjustment of rills longitudinal profile.
In these experiments, perturbed climatic scenarios will be converted into characteristic rainfall events that will be applied to the CSM cover material. Several scenarios will be tested including desiccation processes in order to test the impact of wet-dry cycles on the material. The results of this study will allow setting up a larger experimental device, closer to the scale of a storage site.

Contexte

.

Encadrement

Jean-Louis Grimaud, (MINES ParisTech); Olivier Stab (MINES ParisTech) ; Olivier BENOIT (WSP), Matthieu VERSTAEVEL (WSP), Daniel REY (WSP)

Profil candidat

Le candidat aura de bonnes connaissances en physique, et plus précisément en mécanique des sols, géotechnique et/ou processus d'érosion. Il devra être à l'aise sur le terrain et surtout très motivé pour l'expérimentation en laboratoire. En effet, le candidat participera à la conception et à la mise en place des modèles de maquette. Des connaissances sur les caractérisations des paramètres d'état ou de nature des sols seront appréciées. La maitrise de l'anglais est requise. De plus, des connaissances plus larges en géologie et (paléo-)climat devront être acquises afin de replacer les résultats de la thèse dans leur contexte.
Le travail de thèse s'effectuera pour environ 2 tiers sur le site MINES ParisTech de Fontainebleau et pour un tiers chez WSP à Montbonnot en Isère. Des travaux de terrain sur le site CSM ainsi que sur des sites semblables en Europe seront effectuées. A l'issu de la thèse, le candidat pourra être recruté chez WSP France où les compétences qu'il aura acquises seront mobilisées.

The candidate will have a good background in physics, in particular regarding soil mechanics and/or erosion processes. He/she will be comfortable with fieldwork and -above all- laboratory work. The candidate will be involved in the design and set up of the experimental devices. Some knowledge on the soil parameters measurements will be greatly appreciated. Finally, knowledge in geology and (paleo)climate will be assimilated during the PhD to replace the results in their broader context.
The PhD will be held both in Fontainebleau (2 years) and WSP (1 year). Fieldwork will be realized in the CSM and comparable storage sites in Europe. At the end of the PhD, the candidate will have the opportunity to be recruited by WSP.

Références

VERSTAEVEL, Matthieu. Amélioration hydro-mécanique d'une couverture de centre de surface de stockage de déchets radioactifs FA et MA à vie courte. 2015. Thèse de doctorat. Université Grenoble Alpes.

Benaïchouche, A., Stab, O., Tessier, B., & Cojan, I. (2016). Evaluation of a landscape evolution model to simulate stream piracies: Insights from multivariable numerical tests using the example of the Meuse basin, France. Geomorphology, 253, 168-180.

Grimaud, J.-L., C. Paola, and V. Voller (2016), Experimental migration of knickpoints: influence of style of base-level fall and bed lithology, Earth Surface Dynamics, 4(1), 11.

Type financement

Convention CIFRE

Document PDF

https://www.adum.fr/script/downloadfile.pl?type=78&ID=37740

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