Couplings between damage, failure and transport
in tight quasi-brittle materials

Abstract

Tight quasi-brittle materials are micro and meso-porous materials characterized by a very low permeability (less than a tenth of a millidarcy). Failure of such quasi-brittle materials is characterized by the presence of a fracture process zone (FPZ) where micro-cracks appear, evolve and interact in the course of damage. When the distribution of cracks and the distribution of pore size evolve in such tight quasi-brittle materials, the influence on the permeability in the case of a single or a multiphase fluid flow needs some in depth investigation.

People

Current people in the group:

Alumni:

Laura Rojas-Solano
PhD student
Non-local damage, interactions and size effect

(PhD defense 07-12-2012)Now: Field Perf. Analyst, Goodyear, Luxembourg.

Fadi Khaddour
PhD student
Production enhancement of Tight Gas Reservoirs

(PhD defense 11-04-2014)Now: Assistant ProfessorAl-Baath Univ. Holms, Syria

Vincent Lefort
PhD student
A lattice model for crack propagation simulation under fluid injection in a quasi-brittle heterogeneous medium

(PhD defense 04-07-2016)Now: Eng. school teacherISABTP, UPPA

Lionel Ecay
MSc/PhD student
Concrete transfer properties evolution and nuclear containment vessel tightness assessment during an accident

(MSc defense 01/09/2014)(PhD defense 17-12-2018)Now: structural engineer
at Ingeni, Switzerland

Olivier Nouailletas
Postdoc fellow
Fracture and permeability of heterogeneous quasi-brittle media

(24 months 2013/2015)Now: research engineerSIAME ISABTP UPPA

Fabrizio Croccolo
Postdoc fellow
Experimental determination of a saturation front in a porous medium

(12 months 2014/2015)Now: E2S Chair ProfessorLFCR UPPA

Laurent Perrier
Postdoc fellow
Coupling between adsorption/deformation/transport in porous media

(24 months 2015/2017)Now: Assistant ProfessorLFCR, UPPA

Connected publications


Connected projects

Newpores - New Frontiers in Porous Materials

Granted by E2S UPPA, NewPores is an international hub dedicated to the mechanics and physics of porous materials, which intends to answer to new Energy and Environment challenges. This is a joint effort of the group on Geomechanics and Porous Materials (G2MP) of the Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs at E2S UPPA (France), the Centre for Sustainable Engineering of Geological and Infrastructure Materials (SEGIM) at Northwestern University (USA), the University of Vigo (Spain), the Technical University of Madrid (Spain) and University of Liège (Belgium).

Propriétés de transport et échanges en milieux poreux : détermination de la tortuosité

Dans le contexte d’une construction durable, les échanges et transferts au sein des matériaux poreux sont de première importance. On cherche notamment à minimiser les échanges thermiques pour limiter les pertes, les échanges phoniques pour limiter les nuisances tout en gardant des matériaux « respirant » afin d’assurer une bonne qualité de l’air intérieur. Dans le cadre de filtres ou de matériaux de construction, les propriétés de transport, comme la perméabilité (aptitude à se laisser traverser par un fluide de référence sous l’effet d’un gradient de pression) ou la diffusion (tendance naturelle d’un système à rendre homogènes les inégalités en son sein), sont caractérisées par la géométrie du squelette poreux, notamment la distribution de taille de pore, leur connectivité et la tortuosité du milieu poreux. La tortuosité est le rapport entre la longueur du trajet réel réalisé par une particule pour traverser le milieu poreux et sa longueur caractéristique, c’est donc un paramètre essentiel lorsque l’on cherche à évaluer les propriétés de transport du milieu.

MACENA - Tightness assessment of confinement vessels during an accident

The Fukushima catastrophe that struck Japan in 2011 demonstrated that despite significant progress in the field of nuclear safety a prolonged reactor primary cooling circuit breakdown was possible (several weeks in this specific case). With 4 nuclear power plants located on its shoreline, France therefore needed to reassess the safety level of its facilities. More specifically, the worst case scenario considered up until that point by EdF — which consisted in a 24h breakdown of the primary cooling system — was revised up to two weeks. This time-scale shift induced creep, drying and vapour flow problems previously left aside. Thus came to be the ANR/RSNR MACENA (MAîtrise du Confinement d’une ENceinte en Accident) project, which aims at bettering the tightness assessment of a nuclear containment vessel submitted to a temperature of 180 ◦C and to a pressure of 5 bar for two weeks.

FAILFLOW - Failure and Fluid Flow in Porous Quasibrittle Materials

This project focuses on fluid flow in porous materials with evolving microstructure in the context of civil engineering applications and geomechanics. When the distribution of cracks and the distribution of pore size evolve in concrete and rocks, the influence on the permeability in the case of a single or a multiphase fluid flow needs some in depth investigation. A recent review of state of the art in modelling progressive mechanical breakdown and associated fluid flow in heterogeneous rock shows that little is known on the coupled effects between micro cracking and the intrinsic permeability of a solid phase. The present project intends to tackle this relationship between mechanical breakdown and associated fluid flow in the context of poromechanics extended to non local modelling.

CEPAGE 2 - Couplages adsorption/gonflement/perméabilité en milieu poreux peu perméable

Dans les matériaux microporeux (pores de taille inférieure à 2 nanomètres), les interactions fluide/solide et le confinement augmentent considérablement l’adsorption du fluide, sa densité et donc la pression au sein des pores. Cette surpression peut générer une déformation de gonflement du milieu, entrainer une éventuelle fissuration de la structure, ou au contraire une refermeture du réseau de microfissures existantes. Le projet CEPAGE2, financé par le Conseil Général 64 visent à mieux décrire les couplages adsorption/gonflement/perméabilité dans les milieux microporeux qui sont également peu perméables. Pour ces milieux, les intérêts sont immédiats, que l’on cherche à garantir une faible perméabilité comme dans les ouvrages de stockage géologique (stockage de CO2 par exemple), ou au contraire que l’on cherche à l’augmenter comme dans l’exploitation responsable des ressources non-conventionnelles ou en géothermie profonde.