On the thermal impact on the excavation damaged zone around deep radioactive waste disposal

International audienceClays and claystones are considered in some countries (including Belgium, France and Switzerland) as a potential host rock for high activity long lived radioactive waste disposal at great depth. One of the aspects to deal with in performance assessment is related to the effects on the host rock of the temperature elevation due to the placement of exothermic wastes. The potential effects of the thermal impact on the excavated damaged zone in the close field are another important issue that was the goal of the TIMODAZ European research project. In this paper, some principles of waste disposal in clayey host rocks at great depth are first presented and a series of experimental investigations carried out on specific equipment specially developed to face the problem are presented. Both drained and undrained tests have been developed to investigate the drained thermal volume changes of clays and claystone and the thermal pressurization occurring around the galleries. This importance of proper initial saturation (under in-situ stresses) and of satisfactory drainage conditions (in spite of the significantly low permeability of claystones) is emphasized, leading to the development of a new hollow cylinder apparatus. It is observed that claystones cannot be considered as overconsolidated clays given that they can exhibit, as the Callovo-Oxfordian claystone does, a thermoplastic contraction. Mechanical and thermal hardening are however observed, extending to claystones the knowledge already gained on clays. A new method of determining in the laboratory the thermal pressurization coefficient is described and the data obtained allow completing existing data in the field. Finally, the hollow cylinder apparatus makes it possible to demonstrate that the good self-sealing properties of clays and claystones can be extended to temperature effects, an important conclusion in terms of performance assessment

Geotechnical problems due to the collapse of unsaturated soils: the case of loess from northern France

Some periglacial loess deposits from Northern France are partially saturated thanks to the protection provided by an upper surface layer with higher clay content. When excavated and exposed to climatic changes, the loess deposit may exhibit collapse if their clay fraction is small enough and carbonate content high enough. These conditions allow for the stability of a loose porous microstructure with bonding links that are destroyed by water infiltration. In the paper, the origin and the properties of loess deposits from Northern France are described, together with the laboratory method of characterising collapse. Some practical conclusions are afterwards drawn.Résumé : Certains dépôts de lœss éoliens périglaciaires du Nord de la France se trouvent dans un état de saturation partielle car ils sont protégés des précipitations par une couche de surface contenant une plus grande proportion d’argile. Quand ils sont mis à nu et exposés aux variations climatiques, ils peuvent, si leur proportion d’argile est suffisamment faible et leur teneur en carbone suffisamment élevée, présenter le phénomène d’effondrement. Ces conditions permettent la stabilité d’une structure poreuse lâche dont les liens de cimentation sont détruits par infiltration d’eau. On décrit l’origine et les caractéristiques de ces lœss et la méthode d’indentification de l’effondrement en laboratoire pour en tirer ensuite quelques conclusions pratiques.Mots clés : Sols non saturés, Loess, effondrement, Laboratoire, oedomètre

Façonnement du modelé drumlinoïde par deux écoulements glaciaires successifs au sud-ouest de Montréal

La morphologie et les dépôts de la plaine au sud-ouest de Montréal révèlent une dynamique glaciaire complexe. Des formes allongées (drumlinoïdes) subparallèles à l’axe du Saint-Laurent sont constituées d’un corps de till d’accrétion fissile et compact parfois recouvert d’un till de fusion ou d’un matériel grossier d’origine littorale, probablement glacielle. Ce modelé sous-glaciaire a d’abord été façonné par un important écoulement glaciaire du nord-est qui remontait les basses terres du Saint-Laurent en direction sud-ouest. Ceci est démontré par la présence de traceurs pétrographiques d’origine appalachienne, ainsi que par les trames de till et les microformes orientées dans ce même axe NE-SO. La genèse initiale de ce modelé s’apparente donc plus à celle des drumlins qu’à celle des formes transverses à l’écoulement, telles les moraines de Rogen ou côtelées. Ce sont avant tout des formes d’accumulation, mais la forte correspondance entre la plus grande partie des constituants du till et la lithologie locale, et l’excellent état de conservation des morceaux de lit glaciaire polis et striés montrent que la source de ces matériaux était proche. Ces drumlinoïdes fraîchement forgés ont été chevauchés par un second écoulement glaciaire, du nord-ouest ou du nord celui-là, sans qu’il y ait eu déglaciation. Bien qu’il ait laissé ses traces un peu partout sur le territoire, ce second flux glaciaire a peu transformé le modelé initial du nord-est. Toute la partie glaciaire des drumlinoïdes appartient à un seul et même épisode glaciaire du Wisconsinien supérieur. Les tills d’accrétion formant leur noyau sont corrélables entre eux, mais aussi à la presque totalité des tills les plus récents trouvés dans la région.Landforms and deposits of Huntingdon plain, southwest of Montréal, reveal a complex glacial history. Of that glacial heritage, we have considered elongated landforms nearly parallel to the St. Lawrence River axis. The core of these drumklin-like (drumlinoids) forms is a fissile and compact lodgement till, occasionally covered by a melt-out till or by coarse littoral material of probable drift ice (ice-rafted) origin. These subglacial landforms were first moulded by an important ice flow from the northeast moving up St. Lawrence Lowlands south-westwards. This is shown by indicator stones of appalachian origin, but also by till fabrics and microforms of glacial erosion both oriented northeast-southwest. Thus, the initial part of their genesis makes the drumlinoids more similar to drumlins than to subglacial transverse landforms like Rogen or ribbed moraines. Characteristics of the lodgement till indicate than the drumlinoids were constructed by accumulation processes, but that erosion processes responsible for an important fraction of the till were in action near by. The first ice flow from the northeast was followed by a second one from the northwest or the north without deglaciation. Even if this second ice flow let its traces all over the studied area, the initial glacial morphology was only slightly modified. The entire glacial portion of the drumlinoids belongs to the same Late Wisconsinan glacial Stage. The last important phase in the genesis of the drumlinoids was accumulation of drift ice sediments in the end of Champlain Sea episode which altered their crest but mainly their southeastern side

Marques d’icebergs reliques dans la région de Montréal, Québec

A une soixantaine de kilomètres au sud-ouest de Montréal (Québec), d'étroites rainures, pour la plupart parfaitement droites, longues de quelques centaines de mètres à plus d'un kilomètre, résultent d'une scarification des dépôts meubles par des icebergs dérivant dans la Mer de Champlain. L'orientation des sillons est sensiblement parallèle à l'axe de la vallée du Saint-Laurent. Les icebergs ont pu provenir du nord de Trois-Rivières, où l'inlandsis vêlait encore dans la Mer de Champlain vers 10 500 BP. Les sillons seraient alors liés aux vents catabatiques du nord-est qui ont aussi façonné les champs de dunes tardiglaciaires. Dans deux cas cependant, la morphologie des sillons révèle un sens diamétralement opposé, soit des paléovents du sud-ouest, conformes aux vents dominants actuels. Des dépressions fermées présentant l'apparence de cratères d'ancrage sont associées aux sillons. Seules les plus petites d'entre elles sont attribuables aux icebergs. Les plus grandes, en essaims, semblent plutôt des vestiges de buttes cryogènes minérales. C'est la première fois que des marques d'icebergs sont signalées dans l'aire recouverte par la Mer de Champlain.About 60 km southwest of Montréal long narrow scours, from a few hundred metres to more than a kilometre long, most of them perfectly straight, are the result of drifting icebergs scouring the Champlain Sea bottom. The scours are roughly parallel to the St. Lawrence Valley. Icebergs could have originated from the northeast, that is north of Trois-Rivières, where the glacier was still calving in the Champlain Sea by 10,500 BP. If such was the case, the scours may have been made by icebergs driven by the same southwestward catabatic winds responsible for the formation of the relict dunes that occur in the central St. Lawrence Lowland. In two cases however, the morphology of the scours suggests that the winds were northeasterly, as the present active dominant wind system. Associated to the scours are closed depressions that resemble iceberg gravity craters. Only the smaller ones seem to have been formed by icebergs. The larger depressions found in swarms rather look like relict cryogenic mineral mounds. For the first time iceberg scours are described in the area formerly covered by the Champlain Sea.Etwa 60 km sudwestlich von Montréal (Québec) findet man schmale, meist vollkommen gerade, einige hundert Meter bis iiber einen Kilometer lange Riefen, die dadurch entstanden sind, daG im Meer von Champlain treibende Eisberge die lockeren Abiagerungen aufgeschurft haben. Die Furchen sind sichtlich parallel zur Achse des Sankt-Lorenz-Tals orientiert. Die Eisberge kônnten aus dem Norden von Trois-Rivières gekommen sein, wo das Binneneis noch gegen 10 500 v.u.Z. im Meer von Champlain kalbte. Die Furchen wàren dann auf die aus dem Nordosten absteigenden Winde zurùckzufùhren, welche die spàtglazialen Dùnenfelder geformt haben. In zwei Fallen jedoch zeigt die Morphologie der Riefen eine total gegensâtzliche Orientierung, nàmlich Palàowinde aus Sudwest, entsprechend den heutigen dominierenden Winden. Umschlossene Senken, welche Verankerungskratern gleichen, werden mit den Furchen in Verbindung gebracht. Nur die kleinsten unter ihnen kann man auf die Eisberge zurûckfûhren. Die grôReren, in Schwarmen, scheinen eher Spuren kryogener Mineralhugel zu sein. Zum ersten Mal werden Eisbergmarken in dem vom Champlain-Meer bedeckten Gebiet beschrieben

Geotechnical problems related with loess deposits in Northern France.

International audienceSpecial problems were encountered in some areas in Northern France where the high speed railways (TGV Nord) crossed some loess deposits that appeared to be specially sensitive to change in water content and susceptible to collapse. Numerous sinkholes appeared along some sections of the line following wet climatic periods. After a general geological and geotechnical presentation of loess deposits and collapse susceptibility, in which some tools of the mechanics of unsaturated soils are reconsidered with special application to loess collapsibility, this paper describes the results of a geotechnical study carried out on block samples of intact loess. Collapse susceptibility is examined in the light of microstructure observation. The dependence of collapse to water content changes is examined and the validity of various existing collapse criteria is investigated