L’État français a confié en 1991 à l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra),
entre autres missions, la conduite de recherches relatives à la possibilité de stockage en formations
géologiques profondes des déchets radioactifs de haute activité et de moyenne activité à vie longue.
Dans ce but, l’Andra a construit à Bure un laboratoire de recherche souterrain, dans lequel ont été
mises en oeuvre des expérimentations à caractère scientifique et technologique.
Les ouvrages souterrains de ce laboratoire comprennent :

• un puits d’accès de 5 mètres de diamètre fini et de 500 mètres de profondeur ;
• un puits auxiliaire de 4 mètres de diamètre fini et de 500 mètres de profondeur, distant de 100 mètres du puits principal,
• une niche horizontale d’expérimentations située à 445 mètres de profondeur à partir du puits
  d’accès ;
• un réseau de galeries accessible à 490 mètres de profondeur.

Le programme multidisciplinaire (géologique, hydrogéologique, géochimique et géomécanique) engagé par l’Andra dans ce laboratoire souterrain comporte un certain nombre d’expérimentations
destinées à évaluer la constructibilité, la sûreté et la réversibilité d’un éventuel stockage de déchets
radioactifs dans les argilites du Callovo-Oxfordien âgées de 160 millions d’années.
Egis Géotechnique assure pour ce projet des missions depuis 2001 (première mission d’auscultation
géomécanique du puits principal d’accès pendant son creusement), et plus particulièrement une mission d’instrumentation des prototypes d’alvéoles de stockages (70 centimètres de diamètre et 40 mètres de longueur).
À noter que des dispositifs spécifiques ont été développés par Egis dans le cadre de ces expérimentations scientifiques afin d’analyser le comportement de ces ouvrages souterrains.
À travers ce programme de recherche, de nouvelles technologies de capteurs sont développées dans le cadre du suivi à long terme des ouvrages souterrains.

AUSCULTATION ET INSTRUMENTATION DES ALVÉOLES HA

Le présent article évoque l’auscultation et l’instrumentation des alvéoles HA (nues ou avec chemisage acier) proposées par Egis Structures & Environnement (Egis Géotechnique) : auscultation vidéo, mesures de section et trajectométrie géoréférencées, puis instrumentation des alvéoles par mesures de convergence longue durée selon des sections instrumentées, associées à des mesures de température et humidité relative, mesures de déformation et mesures de température et déformation par technologie à fibre optique.
Nous rappelons ci-après le concept des alvéoles HA qui consistera en un tunnel horizontal borgne d’au moins 80 mètres de longueur et d’environ 700 millimètres de diamètre, équipé d’un chemisage
métallique d’au moins 25 millimètres d’épaisseur sur toute sa longueur. La configuration horizontale de l’alvéole justifie la présence de ce chemisage pour contenir la convergence des argilites et permettre la mise en place et le retrait éventuel des colis de stockage pendant la période séculaire de réversibilité.
L’alvéole comporte une partie « utile » destinée au stockage des colis de déchets, et une tête d’alvéole destinée à la fermeture de l’alvéole.

DISPOSITIF DE CONVERGENCE

Afin d’effectuer, en continu, les mesures de convergence des alvéoles HA, Egis Géotechnique a conçu, réalisé et mis en place des dispositifs mécaniques (Cf. figure 1 ci-dessus) dont les principaux
éléments sont :

• 6 roues disposées à 120° (tripodes) afin d’assurer le centrage du dispositif de mesures ;
• 8 couples vérin (2) / capteur (1) de déplacement : le vérin permettant de rétracter les tiges des capteurs de déplacement, puis ces derniers permettant des mesures au 10e de millimètre ;
• contrôle de l’orientation par un capteur inclinométrique (3) embarqué ;
• mesure de température et humidité (4).

Ces dispositifs présentent l’avantage de pouvoir être couplés (par exemple, 4 sections de mesure ont été mises en place dans une alvéole de 20 mètres), adaptés aux sections des alvéoles (prises en compte des hors-profil, breakout,…) et ils demeurent amovibles.

ALVÉOLES CHEMISÉES

Des alvéoles chemisées de 20 à 40 mètres (soutènement acier de 20 millimètres d’épaisseur) ont égalementété réalisées par l’Andra.
Afin d’étudier le comportement mécanique et thermique de ces ouvrages, des instrumentations ont été spécifiquement développées.
Les capteurs suivants ont été mis en oeuvre :

• jauges de déformations dans les trois directions, en partie interne ou externe du chemisage ;
• capteurs d’humidité relative de l’espace annulaire ;
• cannes de convergences horizontales et verticales ;
• capteurs de pression d’eau dans l’espace annulaire ;
• capteurs de pression totale appliquée au chemisage ;
• capteurs de déplacement, reprise de jeu chemise / roche ;
• ligne de capteurs de température (pour les sollicitations thermiques des alvéoles).

INSTRUMENTATION PAR FIBRE OPTIQUE

En parallèle des instrumentations dites « classiques » dans le domaine de la géotechnique, des capteurs plus innovants utilisant la technologie à fibre optique ont été mis en place. Il s’agissait d’installer plusieurs fibres optiques le long du chemisage de 40 mètres (en externe et en interne) pour mesurer le comportement thermomécanique « global » du chemisage.
Aujourd’hui, de nouveaux programmes d’instrumentation des alvéoles sont en cours, des instrumentations innovantes sont étudiées dans le cadre de programmes R&D, mais également
dans le cadre d’applications industrielles de nouvelles technologies de capteurs. Ces dispositifs d’auscultations pourraient être envisagés au sein du futur site de stockage (projet CIGEO).
L’auscultation des alvéoles nues ou chemisées permet d’apporter des informations complémentaires sur le comportement des argilites du Callovo-Oxfordien et sur l’état de surface de la paroi.
En complément, les dispositifs de convergence permettent d’effectuer un suivi de longue durée de l’évolution des convergences (ainsi que température et hygrométrie). On a ainsi pu constater que le
massif converge principalement suite à l’excavation et la libération des contraintes.
L’instrumentation complémentaire en alvéoles chemisées intégrant des mesures de déformations du chemisage, des mesures de conditions hydriques à l’interface acier/roche, et des mesures réparties de température et déformations à l’aide de fibres optiques permettent d’apporter des informations supplémentaires quant aux modalités de mise en charge mécanique du chemisage par le massif.
Les expérimentations en cours démontrent l’intérêt et l’avantage de l’utilisation de la technologie fibre optique dans le domaine de la géotechnique particulière (ouvrages souterrains à grande profondeur, et éventuels ouvrages futurs de génie civil non accessibles à moyen terme).

Olivier Gay
Responsable département
Instrumentation & Pathologie
Egis Géotechnique