Éléments clefs de la conception des installations souterraines et des colis de stockage Les options techniques proposées pour la conception des installations souterraines et des colis de Les options techniques proposées pour la conception des installations souterraines et des colis de

stockage répondent à trois besoins exprimés plus haut :

- les fonctions de sûreté à long terme ;

- la réversibilité et la souplesse d’exploitation ; - la sécurité et la sûreté de l’exploitation.

À ces besoins s'ajoute une recherche de compacité.

2.4.1.1 Conception et sûreté à long terme.

La maîtrise des circulations d'eau, du relâchement des radionucléides, de leur migration vers l'environnement, et des perturbations induites par le stockage, conduit à adopter plusieurs dispositions d'architecture structurantes.

z Un positionnement du stockage au milieu de la formation géologique

Les installations souterraines sont implantées dans la formation géologique de manière à mobiliser ses propriétés favorables pour constituer une barrière à la circulation de l'eau et à la migration des radionucléides. Afin de maximiser les épaisseurs d’argilites situées au-dessus comme au-dessous du stockage, il est envisagé des installations souterraines de faible extension verticale, organisées sur un seul niveau situé au milieu de la couche du Callovo-Oxfordien. Le tracé de ces installations souterraines peut être globalement adapté au pendage de la couche, jusqu’à 1.5° ¹⁵([6] - Tome 1).

Figure 2.4.2 Positionnement du stockage dans la couche. Les profondeur et épaisseur de la formation argileuse correspondent, à titre illustratif, à l'emplacement du laboratoire de recherche souterrain.

z Des ouvrages limitant les perturbations mécaniques du milieu

Les ouvrages souterrains sont conçus de manière à limiter les perturbations géomécaniques d’une part pendant la construction et l’exploitation, et d’autre part après la fermeture du stockage (Cf. § 2.2.1.4).

Le profil courant des différents ouvrages souterrains (alvéoles de stockage et galeries d’accès) est en général circulaire ou pseudo circulaire¹⁶. Leur diamètre excavé est limité au regard des connaissances sur l’argilite et de l’expérience de travaux souterrains comparables. Un revêtement est conçu pour assurer un soutien mécanique durable. Par ailleurs, suivant un usage fréquent en travaux souterrains, une distance entre deux ouvrages adjacents d'au moins cinq fois leur diamètre a été retenue pour favoriser leur stabilité mécanique.

Le remblaiement des galeries d’accès à l’issue de leur exploitation contribue à assurer un taux de vide résiduel limité. Une telle mesure évite la création d’éventuels dommages mécaniques dans les argilites à très long terme, après la perte de l'intégrité des revêtements [38].

15 Soit une pente d’environ 3 %

16 Dans un champ de contraintes isotrope, une section circulaire représente la configuration la plus stable et la moins perturbatrice pour un ouvrage souterrain.

z Un dimensionnement limitant les perturbations thermiques

La configuration géométrique des installations souterraines est conçue pour limiter la température dans le stockage. Concrètement, on a retenu de limiter la température à 90 °C au contact de la roche (ou de la barrière ouvragée lorsque le concept en comporte une). Les concepts étudiés reposent sur une dissipation de la chaleur par conduction dans la roche. Dans ce cadre, les paramètres essentiels de dimensionnement sont le nombre de colis de stockage par alvéole et l'écartement des alvéoles entre elles. L’emprise des zones de stockage de déchets C vitrifiés et de combustibles usés, en fonction de la puissance thermique dégagée par les colis lors de leur mise en stockage, résulte ainsi directement de considérations thermiques.

Par ailleurs, on a retenu d’éloigner les déchets B, en particulier les déchets bitumés, des déchets exothermiques afin de les protéger de la chaleur.

z Un scellement multiple des installations souterraines et une architecture en cul de sac

Lors de la fermeture du stockage, les alvéoles, les galeries de liaison et les puits doivent être scellés.

Pour ce faire, on utilise des bouchons à base d'argile gonflante de faible perméabilité. Ces scellements s'opposent aux circulations d'eau le long de ces ouvrages. Ils limitent le débit d'eau, ainsi que la vitesse de circulation de cette eau.

Des dispositifs particuliers ont été étudiés pour assurer la continuité de l'étanchéité entre le bouchon et les argilites, et pour interrompre, le cas échéant, la zone d'argilite qui aurait été fracturée au voisinage immédiat de l'excavation (voir la section 7.5).

Pour favoriser l’efficacité de ces scellements, il a été retenu d'orienter les alvéoles et les tronçons de galeries destinées à être scellés, parallèlement à la contrainte géomécanique principale majeure. Une telle disposition permet de placer l'ouvrage dans un champ de contraintes mécaniques isotrope, et réduit l'ampleur de la zone d'argilite endommagée au voisinage [38]. L'Andra a aussi cherché à minimiser la section des ouvrages à sceller. En effet, l'extension de la zone endommagée, et en particulier celle de la partie fracturée, le cas échéant, sont d’autant plus importantes que ce diamètre est grand. Le diamètre excavé des galeries de liaison a été limité à environ sept mètres ce qui reste compatible avec les flux d’équipements, de matériaux et de ventilation devant transiter par ces galeries (voir le chapitre 7).

Par ailleurs, pour limiter les possibilités de phénomènes de convection dans le stockage, notamment en situation de défaillance d'un scellement, il a été retenu de placer tous les éléments d’architecture en cul-de-sac. Cette disposition concerne particulièrement le flux d'eau susceptible de provenir des formations sus-jacentes. Elle évite que, sous l'effet d'un gradient de charge horizontal une circulation ne puisse s'établir à travers le stockage.

A cet égard l'architecture présentée est caractérisée par les dispositions suivantes : - les alvéoles de stockage décrites plus loin sont des tunnels « borgnes » ;

- les groupes d’alvéoles ont une topologie en « cul de sac ». L’accès à un ensemble d’alvéoles est ainsi réalisé par un petit nombre de galeries parallèles et proches les unes des autres comme le montre la Figure 2.4.3 ;

- le stockage est lui-même globalement en cul-de-sac, tous les puits étant groupés d’un seul côté du stockage, dans une même zone.

Ainsi, les scellements multiples et la possibilité d'une architecture en cul-de-sac complètent les caractéristiques hydrogéologiques favorables du site (faible perméabilité de la formation étudiée, faibles gradients de charge dans cette formation et dans les formations sus-jacentes) pour limiter de manière particulièrement robuste les débits et la vitesse de l'eau au sein du stockage.

Figure 2.4.3 Principe d’un ensemble d’alvéoles en cul-de-sac

z Un environnement physico-chimique favorable pour les déchets

La conception des alvéoles de stockage, en particulier le choix des matériaux constitutifs, vise à offrir un environnement physico-chimique favorable aux colis de déchets. Il s’agit de maîtriser leur altération dans le temps, afin de limiter le relâchement d’éléments radioactifs en présence d’eau [9].

À cet égard, le béton envisagé pour les alvéoles de déchets B est un matériau favorable à la protection physico-chimique des déchets et à la rétention de certains radionucléides.

Dans le cas des déchets C vitrifiés, l’usage du béton n’est pas envisagé au voisinage des colis, car les conditions alcalines qu’il créerait pourraient accélérer l’altération du verre. Seuls des matériaux métalliques ont été considérés.

z Un fractionnement du stockage

Les zones de stockage sont compartimentées pour réduire la quantité de déchets et de radionucléides qui pourraient être affectés dans une situation de défaillance ou d’intrusion. À cet égard chaque module de stockage, constitué d'une alvéole ou d'un groupe d'alvéoles, peut être rendu indépendant des autres par une distance horizontale suffisante entre modules et par des scellements fermant les galeries d'accès ou de liaison.

2.4.1.2 2Conception, réversibilité et souplesse d'exploitation

La prise en compte du principe de réversibilité et la recherche d’une conception réaliste d’un point de vue industriel d’une installation destinée à être gérée pendant une durée d'ordre séculaire conduisent à offrir à l’exploitant du stockage une souplesse de gestion adaptative.

z Une modularité des installations souterraines

La modularité des architectures permet une gestion souple des installations. Elle donne notamment une capacité d'action sur le processus de stockage (construction et exploitation par phases) et autorise une évolution de la conception et de la méthode d'exploitation en fonction du retour d’expérience.

À cet égard chaque zone de stockage peut être construite et exploitée progressivement en groupes successifs d'alvéoles. La durée de construction de ces groupes d’ouvrages et de leur remplissage par les colis de déchets est de l’ordre de quelques années (en général entre deux et quatre années selon les hypothèses considérées sur les flux de colis).

z Des ouvrages et des colis de stockage durables

La réversibilité conduit à privilégier des matériaux et des dispositions de conception favorisant la durabilité des ouvrages et des colis de stockage.

z Une mise en place des colis favorisant la récupérabilité

La conception des moyens et des procédés de stockage des colis vise à faciliter les opérations de récupération de colis éventuellement décidées par les générations futures. Elle privilégie notamment l’utilisation de moyens similaires à ceux de leur mise en place. Elle conduit à ménager des jeux de manutention entre colis et/ou entre colis et parois de l’alvéole, pouvant être maintenus durablement.

Ces jeux sont cependant minimisés au regard de la limitation des perturbations géomécaniques comme indiqué plus haut.

2.4.1.3 Conception, sécurité et sûreté d’exploitation

Les considérations de sûreté d’exploitation visent à offrir à l’exploitant du stockage une stratégie et des techniques sûres pour la mise en œuvre des activités de construction, de transfert des colis de déchets jusqu'à leur emplacement de stockage, ainsi que de fermeture des installations souterraines.

Elles constituent une donnée importante de la conception des galeries d’accès. Elles président, aussi, à la conception des équipements et procédés de transfert et mise en alvéole des colis.

z Gestion de la coactivité

La possibilité de construire les modules de stockage au fur et à mesure de l'exploitation induit la simultanéité d'une activité de type nucléaire (exploitation) et d'une activité de type génie civil (construction). Pour éviter des interférences entre ces deux activités caractérisées par des flux de matériaux et des risques de natures différentes, l a conception retient des galeries spécifiques par type d’activité. Cette spécialisation des galeries permet la séparation des flux de ventilation, de véhicules, de matériaux et de personnes. De même, la réalisation des zones de stockage par sous-ensembles successifs d'alvéoles permet de mener, à un instant donné, une seule activité au sein de chaque sous-ensemble.

z Des colis de stockage standardisés

La conception de colis de stockage vise à faciliter leur gestion, et en particulier à standardiser leur manutention en s'affranchissant de la grande diversité des colis primaires qu'ils contiennent, en particulier dans le cas des déchets B. Cette standardisation réduit le nombre d'équipements de manutention et rend de ce fait le processus d'exploitation plus simple et plus sûr. Cela permet de limiter le nombre de colis de stockage à mettre en alvéole à environ deux à dix colis de stockage par jour, toutes catégories de déchets confondues, selon les scénarios et hypothèses de flux de colis primaires.

z Un transfert des colis de stockage sous protection radiologique

Les colis de stockage du fait de leur caractère irradiant, sont transférés depuis les installations de surface jusqu'aux alvéoles de stockage au moyen de dispositifs assurant la radioprotection du

personnel (hottes blindées). Des systèmes d’accostage installés en tête d’alvéole garantissent la continuité de la protection biologique du personnel lors des opérations de mise en alvéole de stockage.

2.4.1.4 Recherche de compacité pour les installations souterraines

La conception et le dimensionnement des installations souterraines sont conduits dans un souci de maîtrise du volume total excavé et de l’emprise surfacique du stockage. La compacité du stockage résulte d'un compromis entre les contraintes thermiques et géotechniques (qui privilégient des petits ouvrages espacés), les contraintes technologiques de mise en alvéole (qui limitent la longueur de ces dernières) ainsi que la recherche d'un fractionnement du stockage.

La compacité est motivée par :

- une réduction du volume excavé, limitant le coût de mise en œuvre, ainsi que le volume de déblais à stocker en surface ;,

- l'utilisation optimale de l’emprise souterraine dans le Callovo-Oxfordien ; - une simplification du réseau de galeries, facilitant l’exploitation.

Elle a conduit, pour les déchets B, à retenir le principe de chambres de stockage irradiantes de géométrie simple, et pour les déchets C et combustibles usés, à privilégier des alvéoles horizontales, en tunnels.

2.4.2 Les colis de stockage et la conception des alvéoles de stockage