Dans un contexte de réduction des émissions de gaz à effet de serre, l’hydrogène vert produit à partir de sources d’énergie renouvelable est un vecteur d’énergie prometteur. Son stockage à grande échelle en cavités salines profondes est une solution envisagée pour faire face au déphasage entre production et consommation. En effet, le sel gemme est une roche peu poreuse, imperméable et inerte vis-à-vis de l’hydrogène. Les cavités salines sont déjà utilisées pour le stockage saisonnier d’hydrocarbures. Cependant, l’intermittence des énergies renouvelables implique des cycles d’injection et de soutirage plus fréquents. L’adaptation de ce procédé de stockage à l’hydrogène nécessite donc de pouvoir garantir l’étanchéité et l’intégrité des ouvrages soumis à ces nouveaux modes de sollicitation.

Des observations antérieures par microscopie en surface d’échantillons de sel polycristallin synthétique sec sous chargement uniaxial ont révélé la coexistence de mécanismes de déformation intra-cristallins et inter-cristallins tels que le glissement aux joints de grains, induisant la microfissuration du matériau dès les premiers stades de la déformation plastique. Le présent travail vise à étendre ces analyses à des sollicitations triaxiales plus représentatives des conditions d’opération des cavités de stockage, avec une observation des évolutions de la porosité et de la microfissuration à cœur des échantillons. Pour ce faire, l’imagerie 3D par tomographie aux rayons X associée à des moyens d’essais mécaniques in situ est amplement utilisée.

L’étude est menée sur des matériaux synthétiques de microstructure contrôlée, dont la taille de grains est adaptée aux moyens d’essais mécaniques in situ. Les procédés de fabrication par pressage de poudre de NaCl mis en place permettent d’élaborer des échantillons avec différentes teneurs en saumure, permettant ainsi l’analyse de l’effet de l’humidité sur l’activation des micro-mécanismes d’endommagement. Leur microstructure est caractérisée en microscopie optique, électronique et par EBSD.

Une machine d’essai triaxial in situ modifiée pour les besoins de l’étude permet d’observer le développement de microfissures à différentes pressions de confinement par tomographie aux rayons X de laboratoire et sous faisceau synchrotron. Le flux important disponible sur la ligne Psiché du synchrotron Soleil autorise des temps d’imagerie beaucoup plus courts qu’en laboratoire, si bien que plusieurs combinaisons de pressions de confinement et de vitesses de chargement ont pu être imposées à des échantillons de type sec et de type humide. Les coupes dans les volumes 3D permettent de visualiser l’initiation et l’évolution des réseaux de microfissures. Les modes d’imagerie à très haute définition utilisés permettent de distinguer des microfissures à des stades précoces de déformation.

Aux conditions d’essais considérés, la déformation viscoplastique du sel s’accompagne de microfissuration inter-granulaire diffuse, indiquant que les mécanismes aux joints de grains sont des mécanismes nécessaires à l’accommodation des incompatibilités plastiques entre grains voisins, y compris sous des confinements importants, représentatif de la pression lithostatique de nombreuses cavités salines.

Si la microfissuration à l’intérieur des échantillons a bien été observée dans tous les essais effectués, l’augmentation de la pression de confinement et la présence de saumure semblent réduire le développement du réseau de microfissures. Ceci suggère que des mécanismes de dissolution et de précipitation pourraient être actifs et participer à l’accommodation des incompatibilités plastiques ou agir comme mécanisme de cicatrisation.

Dans l’objectif d’une comparaison plus systématique entre les différents essais, des méthodes adaptées de filtrage et d’analyse d’images sont esquissées en vue d’une quantification plus précise de l’ouverture des microfissures dans tout le volume des échantillons, et ceci dès les premiers signes d’endommagement.