Technical Report NTB 91-01

Une collaboration allemande-suisse entre la Société coopérative nationale pour l'entreposage des déchets radioactifs (Nagra), la «Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe» (BGR, institut fédéral des sciences de la terre et des ressources naturelles) et la «Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung» (GSF, société de recherches sur les rayonnements et l'environnement) a été mise sur pied pour effectuer au laboratoire souterrain du Grimsel des travaux de recherche sur le comportement hydrogéologique, mécanique et géophysique des roches cristallines. En particulier, dans le cadre du projet «Bohrlochkranzversuch» (BK), la BGR étudie les phénomènes d'écoulement et de transport en roche fissurée.

Dans la première phase du projet BK (BK I, jusqu'en 1987), on s'est attaché à la réalisation des forages carottés disposés en éventail à partir de galeries, à leur lever géologique et à l'interprétation hydrogéologique des systèmes fissurés d'un ensemble granitique choisi. Après l'installation d'un dispositif de mesure ad hoc, on a effectué une série d'essais hydrauliques de quelques heures à un jour de durée chacun. Au cours de la deuxième phase du projet (BK II, jusqu'en 1990), on a effectué, après avoir développé le dispositif de mesure, des essais hydrauliques d'une durée de quelques semaines à plusieurs mois. Le présent rapport décrit pour la plupart des résultats de cette dernière phase, au cours de laquelle on a effectué plus de 100 essais in situ.

Le principe des essais en éventail ("Bohrlochkranzversuch") consiste à recueillir la réaction d'une portion de roche donnée à une impulsion, en un nombre aussi grand que possible de points. Pour cela, on a installé dans les forages des sondes développées à cet effet, capables d'enregistrer en continu la pression, la température et la conductibilité électrique de l'eau dans les intervalles d'observation. Les données sont digitalisées et enregistrées sur place par un ordinateur central, qui traduit le code binaire initial en code ASCII pour l'archivage et le traitement des informations.

La connaissance précise des principales voies d'écoulement hydraulique sert de base à l'élaboration d'un modèle de calcul tridimensionnel, traitant le massif non pas comme un continuum, mais comme un milieu discontinu qui est constitué d'un réseau de diaclases. L'analyse des essais consiste à définir les paramètres qui décrivent le transport hydraulique et le transport de matière. Elle s'est d'abord effectuée par des calculs analytiques et numériques simplifiés. Toutefois, il s'est avéré que le traitement du massif comme un milieu homogène ne peut se faire qu'au prix de restrictions importantes, car le comportement hydraulique est visiblement influencé par des chenaux d'écoulement, et des limites hydrauliques, correspondant à deux zones de schistosité, se font sentir lors des essais de longue durée.

Pour le traitement tridimensionnel du massif, on a développé dans le cadre de ce projet le code à éléments finis DURST, qui s'est avéré tout à fait capable de simuler les processus de transport d'eau et de matière. Il en existe une version pour gros ordinateur et une version pour PC. Ce code a fait l'objet d'une extension pour la simulation des écoulements polyphasiques, et a été diffusé sur le plan international sous le label ROCKFLOW.

Le présent rapport fait partie du projet de recherche «Bohrlochkranzversuch» (référence KWA 53045), financé par le Ministère allemand pour la recherche et la technologie («Bundesministerium für Forschung und Technologie»).