Coupling between corrosion and biphasic transport in porous media: Application to the evolution of radioactive wastes disposal - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2005

Coupling between corrosion and biphasic transport in porous media: Application to the evolution of radioactive wastes disposal

Couplage entre corrosion et comportement diphasique dans un milieu poreux: Application à l'évolution d'un stockage des déchets radioactifs

Wissem Dridi
  • Function : Author

Abstract

In the actual concepts of geological disposal, high level radioactive wastes are packed in metallic containers surrounded by a partially or totally saturated clay media. In contact with the interstitial water, anoxic corrosion of this container will start producing hydrogen. In the scope of safety assessment, the present study deals with two main topics: prediction of the long-term corrosion of carbon steel with respect to clay water content and evaluation of the risk of damage of the clay barrier related to gas production. Elementary processes controlling the kinetics of corrosion are limited to oxide growth and mass transfer through the porosity of this film. Thanks to a macroscopic description of theses processes, followed by an interfacial kinetic law, a mechanistic modeling of the anoxic corrosion in partially saturated porous media is proposed. This approach is validated when confronted to the long-term corrosion tests performed in saturated clay. Both modeling and laboratory experiments have confirmed that kinetics of anoxic corrosion in partially saturated clay is mainly controlled by the surrounding relative humidity as in the case of aerated or atmospheric corrosion. In the gas generation topic, some numerical simulations are performed concerning the oedometric and triaxial test dealing with gas migration in saturated clay. Finally, long-term calculations are conducted concerning hydromechanical impact of corrosion in deep geological repositories. Due to a more realistic prediction of the long-term corrosion, the risks of gas overpressures, local desaturation and mechanical damage are reduced.
Dans les concepts actuels de stockage des déchets radioactifs en formations géologiques, le conteneur métallique emballant les colis se retrouvera en contact d'un milieu argileux totalement ou partiellement saturé. Après consommation totale de l'oxygène piégée, la corrosion du conteneur entame une phase anoxique en produisant de l'hydrogène. Dans la logique d'une évaluation des performances du stockage, deux problématiques essentielles sont abordées par la présente étude: la prédiction de la cinétique de corrosion anoxique à long terme en fonction de l'état hydrique de l'argile de voisinage et l'évaluation du risque d'endommagement hydro-mécanique de l'argile lié à la production d'hydrogène. Les mécanismes qui contrôlent la cinétique de la corrosion se limitent à la croissance de la couche d'oxyde et au transport à travers la porosité de ce film. Une description macroscopique de ces mécanismes couplée avec une loi d'interface a permis de proposer un modèle mécanistique de la corrosion anoxique dans un milieu poreux non saturé. Cette démarche est validée à partir des essais réalisés dans des argiles saturées sur une durée décennale. La validation est ensuite étendue vers les argiles partiellement saturées à partir des essais réalisés en laboratoire. Ces derniers ont confirmé la croissance de la vitesse de corrosion anoxique avec l'humidité relative comme dans le cas de la corrosion aérée ou atmosphérique. Concernant la problématique gaz, des simulations de l'essai oedométrique et triaxial MEGAS sont menées moyennant des choix ciblés sur les paramètres de transport dans l'argile. Une évaluation de l'impact de la corrosion est ensuite appliquée à un concept de stockage géologique. La maîtrise du terme source gaz a permis de minimiser le risque de surpressions gazeuses, de désaturation locale et des déformations mécaniques à long terme.
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Dates and versions

pastel-00001422 , version 1 (03-10-2005)

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  • HAL Id : pastel-00001422 , version 1

Cite

Wissem Dridi. Coupling between corrosion and biphasic transport in porous media: Application to the evolution of radioactive wastes disposal. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001422⟩
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