Le Laboratoire Souterrain de Meuse/Haute-Marne (LS MHM) est construit par l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) pour étudier la faisabilité d’un stockage géologique dans l’argilite du Callovo-Oxfordien (COx). Le LS MHM est constitué d’un réseau de galeries excavées en majorité dans la direction des contraintes horizontales principales. Le suivi du comportement de la roche hôte, des soutènements et des revêtements des galeries est réalisé par l’instrumentation mise en place. L’évaluation de ces mesures permet de caractériser l’évolution de la réponse des galeries dans le temps, ce qui est une information essentielle pour le dimensionnement des futurs ouvrages de stockage. En effet, les investigations in situ menées au LS MHM ont identifié le développement d’une zone fracturée induite par l’excavation dont les extensions horizontales et verticales dépendent de l’orientation des galeries par rapport à l’état des contraintes en place. De plus, le suivi des déplacements à la paroi et à l’intérieur du massif a indiqué une réponse fortement anisotrope intrinsèquement liée à l’orientation des zones fracturées.

Le projet de thèse est basé sur deux grands axes : l’analyse directe des mesures in situ et la modélisation numérique de plusieurs galeries avec des variations liées notamment aux directions d’excavation et aux types de soutènement et de revêtement. Parmi l’évaluation de différentes données d’auscultation, on s’intéresse particulièrement à l’analyse de la convergence. L’approche utilisée considère une évolution elliptique de la déformation de la section qui est approximée par le calage d’une loi semi-empirique de convergence. Cette procédure permet d’identifier les rapports d’anisotropie entre la convergence verticale et l’horizontale et de distinguer l’influence de l’avancement du front de taille et du comportement différé du massif dans la réponse observée. Pour des sections où la mesure de convergence verticale n’a pas pu être réalisée en raison de contraintes liées au chantier, l’évolution de la convergence sur cet axe est estimée à l’aide du calage elliptique. Les courbes de la loi de convergence permettent également d’établir une caractérisation du comportement des galeries dans le temps et d’extrapoler ce comportement à long terme.

Un modèle numérique est établi pour simuler les galeries excavées dans l’argilite du COx en utilisant les données in situ des galeries pour valider les hypothèses de la modélisation. Le massif rocheux est modélisé par un comportement viscoélastique-plastique isotrope de type CVISC. L’approche considère l’introduction explicite de la zone fracturée et l’hypothèse que seul son comportement différé est distinct de celui de la roche saine. Les paramètres viscoélastiques de la roche saine et de la roche fracturée sont calés de manière indépendante, ce qui permet au modèle de reproduire la réponse globale in situ à l’intérieur du massif. De plus, l’étude permet d’explorer le comportement des galeries excavées suivant différents scénarios (orientation, géométrie, méthode d’excavation et types de soutènement et de revêtement) et d’évaluer l’influence des éléments structuraux, tels que les cales compressibles, dans le comportement du soutènement et du revêtement. On propose une nouvelle démarche d’analyse basée sur une corrélation entre l’évolution in situ de la convergence des parois et l’extension de la zone fracturée à introduire dans le modèle numérique. L’application de la démarche pourra être utile aux études de conception des futures galeries excavées dans le COx en raison de son implémentation simple dans les outils de calcul existants et de sa capacité à prédire l’évolution à long terme de la réponse des ouvrages.