On the water sensitivity of claystones

Growing interest has been devoted to claystones in the framework of research about radioactive waste disposal at great depth. Claystones are weak rocks with significant sensitivity to changes in water content. Various evidences of damage induced either by stress application or by changes in water content have been observed. This paper describes some experimental evidences of damage induced in claystone during oedometer compression tests carried out on specimens of the Callovo-Oxfordian claystone coming from the deep underground research laboratory excavated by the French agency of radioactive waste management close to the city of Bure (East of France). Specimens were not completely saturated due to extraction and trimming. First evidence of damage is obtained when resaturating specimens previously brought back close to and above in-situ stress conditions: swelling is also observed, even under stress higher than the in-situ one. Enhanced swelling is also observed on saturated samples submitted to compression, the higher the stress, the higher the swelling. Swelling is interpreted by the generation of cracks and the mobilisation within them of swelling due to the hydration of the smectites included in the clay matrix. Such cracks may either be due to drying, wetting or to compression. Cracks enhance swelling, evidencing the coupling between damage and swelling, an illustration of the water sensitivity of claystones.

Un intérêt croissant est porté aux argilites dans le cadre des recherches menées sur le stockage des déchets radioactifs à grande profondeur. Les argilites sont des roches sensibles aux variations de teneur en eau. De l'endommagement dû soit à l'application de contraintes ou de changement de teneur en eau a été observé. Ce travail décrit des mises en évidence expérimentales d'endommagement induit dans les argilites obtenues lors d'essais à l'oedomètre sur des échantillons de l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx) provenant du laboratoire souterrain de l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs situé à Bure (Est de la France). Ces échantillons n'étaient pas complètement saturés du fait des procédures d'extraction, de stockage et de préparation de l'éprouvette. Une première évidence d'endommagement est obtenue en resaturant des éprouvettes sous diverses contraintes verticales encadrant la valeur de contrainte verticale en place avec un gonflement est observé dans tous les cas, même sous une contrainte supérieure à celle en place. On observe également que le gonflement d'éprouvettes saturées est d'autant plus fort que l'éprouvette a été soumise à une contrainte élevée. On interprète ce gonflement par la création de micro-fissures lors de la sollicitation (séchage, hydratation ou compression) qui permet la mobilisation des smectites contenues dans la matrice argileuse (50%). Plus le nombre de micro-fissures est élevé, plus le gonflement est important. Il y a donc un couplage entre le gonflement et l'endommagement.