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Technical Report NTB 94-04

Grimsel Test Site The influence of tunnel ventilation on the hydraulic flow conditions in the crystalline rock zone in the tunnel near-field

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Depuis 1983 différentes méthodes de recherche sont expérimentées dans le laboratoire souterrain du Grimsel afin de connaître les propriétés du cristallin en tant que roche d'accueil pour le stockage définitif de déchets radioactifs. Les travaux sont exécutés par la Nagra en collaboration avec la Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) et la GSF.

Depuis 1991, outre le transport des eaux par fissures, l'évaluation de l'influence de la phase gazeuse sur les propriétés hydrauliques figure au premier plan des recherches germano-helvétiques. Les travaux de la GSF se concentrent en premier lieu sur l'interprétation des conditions d'écoulement de l'eau et de la phase gazeuse dans la frange capillaire de la galerie de ventilation. Les résultats de mesure, comme par exemple les quantités d'eau et la pression des eaux de formation, les perméabilités moyennes, les perméabilités relatives du gaz et de l'eau ainsi que les pressions capillaires, servent de paramètres de base pour la calibration du modèle hydraulique du champ proche.

Avec ces investigations in situ on détermine l'influence de la climatisation de la galerie sur l'hydraulique à long terme et à grande échelle ainsi que l'évolution de la pression hydraulique. C'est pourquoi un tronçon de 40 m de tunnel est soumis à une élévation de température de 12° C et à une baisse de l'humidité afin de simuler les conditions thermiques (40° C) d'un dépôt situé à 1'000 m de profondeur. Les résultats de mesure confirment l'hypothèse selon laquelle le gradient d'humidité provoqué par la modification du climat du tunnel conduit à un débit accru d'eau. La roche fournit plus d'eau par évaporation que ce qui peut être produit par le gradient hydraulique à lui seul.

Au laboratoire, la réduction de la perméabilité relative de l'eau provoquée par désaturation de la frange de roche en contact avec la galerie est reproduite sur carottes en tenant compte des courbes de pression capillaire relatives. Les mesures sont exécutées jusqu'à des pressions capillaires de 6 MPa. Tant les fortes pressions capillaires, provoquées dès de faibles baisses du niveau de saturation, que le haut degré de saturation résiduelle sont typiques du granodiorite du Grimsel. Une carotte entièrement saturée d'eau ne se laisse désaturer que d'environ 50 %, même en appliquant des pressions d'injection de gaz dépassant 4 MPa.

Les cheminements d'écoulement préférentiel et les réservoirs à l'intérieur de la matrice rocheuse sont – comme l'indique l'analyse UV de lames minces – limités aux pores micrométriques intergranulaires.

L'extension et le comportement du système d'écoulement naturel proposé pour le grandiorite du Grimsel (comprenant diaclases et matrice), c'est-à-dire sa porosité et sa perméabilité, est étudiée grâce aux informations obtenues par les tests hydrauliques en forage (tests par obturateurs). Le but de ces tests à débit constant est d'obtenir en plus de la description du modèle d'écoulement, la détermination des transmissivités et la description des conditions limite d'écoulement. C'est surtout à partir des interférences de pression mesurées entre intervalle d'injection et intervalles d'observation de 32 sections de mesure en forage, que des conclusions sur les géométries d'écoulement et les limites d'écoulement peuvent être tirées. A l'intérieur d'un rayon d'environ 25 m autour de l'intervalle d'injection du forage BOVE 88.002/1, une limite d'écoulement hydraulique interprétée comme zone de cisaillement fut reconnue ainsi que mesurée une perméabilité de matrice moyenne entre 1E-17 m2 et 1E-18 m2. L'interprétation des tests est effectuée avec des programmes numériques (p. ex. INTERPRET ou WELTEST) permettant en règle générale un ajustement optimal des données de l'essai aux conditions et géométries de la zone testée.

Les résultats des mesures in situ et en laboratoire sont ensuite utilisés comme paramètres de calibration pour la modélisation hydraulique des écoulements dans le secteur 'test de ventilation' de la galerie. Le modèle par éléments finis, représentant un bloc de 240 × 80 × 80 m et comprenant 8400 éléments, permet d'étudier l'influence de différents processus et paramètres comme par exemple l'anisotropie ou l'évolution de la désaturation de la frange capillaire. La résolution numérique du modèle tridimensionnel fut effectuée avec le programme ECLIPSE/INTERA capable de simuler les écoulements biphasiques et la diffusion. Les simulations furent achevées après avoir tenu compte également des phénomènes de diffusion. L'interprétation des données de mesure ainsi que les résultats de recherche de la Nagra démontrent que par ventilation de la roche saturée, une mince frange capillaire se développe. Cette zone non-saturée peut être resaturée par l'arrêt de la ventilation (processus réversible). Considérée à plus grande échelle, la désaturation partielle de la frange de roche en contact avec la galerie n'a pas d'effets notables sur les conditions d'écoulement.

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