Technischer Bericht NTB 92-11

Il y a formation de gaz dans un dépôt final pour déchets de faible et moyenne activité, notamment en raison de phénomènes de corrosion. Ces gaz doivent pouvoir s'échapper du dépôt final afin de prévenir des dégâts par surpression. Un matériau de remplissage à base de ciment doit, entre autres choses, pouvoir remplir cette fonction. Diverses compositions de matériaux à base de ciment ont été étudiées dans ce but, afin de déterminer leur influence sur la porosité et la perméabilité. Parallèlement on a étudié les caractéristiques de bétons frais (propension à se répandre, teneur en pores d'air, densité), le dégagement de chaleur d'hydratation et les caractéristiques du béton solidifié (retrait et fluage, résistance, module d'élasticité). Lors de la caractérisation de la perméabilité des matériaux à base de ciment, les paramètres suivant se sont révélés être importants:

1. la composition des échantillons (structure des pores)
2. le conditionnement des échantillons (saturation des échantillons)
3. le degré d'hydratation des échantillons (âge)
4. le fluide de mesure

En modifiant la composition de matériaux à base de ciment on peut varier leur perméabilité de dix puissances de dix. Dans les échantillons présentant des agrégats compacts, le transport de fluides se développe dans la matrice ainsi qu'à la surface de contact entre agrégats et matrice. L'utilisation d'agrégats poreux peut faire croître la perméabilité de plus de deux puissances de dix. Si la matrice est toutefois très compacte, la porosité des agrégats n'affecte pas la perméabilité. Une élévation du volume de la matrice et de la surface de contact augmente la perméabilité. Les mortiers légers représentent par conséquent des mortiers de remplissage particulièrement perméables. Les granulométrie présentent toutefois des perméabilités encore plus élevées parallèlement à de meilleures caractéristiques mécaniques. Comparés aux mélanges usuels ils présentent toutefois de moins bonne caractéristiques d'écoulement (distance d'écoulement = 40 cm). Le mélange de uniforme 2/3 présentant un rapport ciment : eau : agrégats de 1,00 : 0,40 : 5,33 constitue un matériau de remplissage adéquat. Lorsque ce mélange est peu compacté, il présente une perméabilité de 4 × 10^-12 m² et une résistance à la compression monoaxiale cylindrique de 16 N/mm² après 28 jours.

Le conditionnement des échantillons influence la perméabilité de façon déterminante. Le degré de saturation et la structure des matériaux à base de ciment varie en fonction de l'humidité ambiante. Avec des taux de saturation élevés il ne reste plus de canaux de pores libres dans l'échantillon par lesquels des gaz peuvent circuler. Pour que s'établisse une circulation de gaz, sa pression doit être au moins égale à la pression de gonflement. Plus la pression de gonflement est faible, plus forte sera l'extraction d'eau des échantillons lors de l'instauration d'une circulation de gaz. La pression de gonflement, comme la perméabilité, dépendent de la structure des pores. Les échantillons de perméabilité élevée présentent de faibles pressions de gonflement. La perméabilité croît fortement lors d'une diminution de la saturation. Lorsqu'une circulation de gaz s'établit à la pression de gonflement, une variation ultérieure de la saturation provoque dans des échantillons peu poreux une plus grande modification de perméabilité que dans des échantillons très poreux. Un stockage humide provoque, outre une saturation élevée, aussi un compactage de la structure. Les échantillons particulièrement poreux exhibent une moindre diminution de perméabilité avec le temps que les échantillons compacts. La perméabilité décroît de façon hyperbolique avec le temps.

La perméabilité à l'eau dans le domaine < 10^-13 m² est inférieure ou égale à la perméabilité aux gaz. La différence croît lorsque la perméabilité diminue.

On a étudié l'influence de la distribution de la dimension des pores sur les paramètres de transport de matériaux à base de ciment à l'aide de simulations sur réseaux tridimenssionnels. La perméabilité aux gaz, la pression de gonflement et l'extraction d'eau peuvent être simulés d'une façon correspondant bien aux résultats des essais.