DED 22 maximum au contact du colis primaire
4.3 Étude du risque lié à l’émission de gaz explosifs par des colis de déchets B déchets B
Une majorité des colis de déchets B (principalement B2 et B5) émet des gaz, depuis leur arrivée dans les installations de surface jusqu’à leur stockage en alvéole souterraine. Ces gaz ont pour origine un phénomène de radiolyse qui est lié à l'effet des rayonnements ionisants (EJ) émis par les matières radioactives sur les produits hydrogénés présents dans les colis de stockage (matières organiques, eau de la matrice de conditionnement).
Ces gaz de radiolyse sont majoritairement l'hydrogène (plus de 90 % du dégagement gazeux) et, à un moindre degré, le méthane33. L’émission de ces gaz peut être à l’origine d’une explosion, si leurs concentrations dépassent leur limite inférieure d’explosivité34.
L'objet de cette section est de vérifier que l’émission de ces gaz par des colis de déchets B n’est pas susceptible d’entraîner un risque d’explosion [46].
4.3.1 Caractéristiques des colis de déchets
Les colis de déchets concernés par le relâchement de gaz explosifs sont principalement les colis de type B2 et de type B5.1, qui contiennent des matières organiques.
Colis
- 57 litres/fût/an (valeur maximale correspondant à une minorité de fûts)
- 500 litres/fût/an (valeur maximale correspondant à une minorité de fûts)
Tableau 4.3-1 Taux d'émission de gaz explosifs libérés par certains colis de déchets B Les valeurs moyennes d’émission de gaz par les colis ont été retenues pour les simulations dans les installations de surface et en alvéole de stockage, car elles correspondent à plusieurs centaines ou plusieurs milliers de colis ; en revanche, les valeurs maximales ont été utilisées lorsque les simulations sont relatives à la phase de transfert en galerie de la hotte chargée du colis de stockage.
La concentration des gaz dans un local donné a été estimée en fonction des caractéristiques de sa ventilation. Le taux de renouvellement d’air par heure est pris égal à 2 dans les locaux des installations nucléaires de surface. Pour la ventilation des alvéoles de stockage des colis B, les données retenues sont un débit d’air de 3 m3/s, ce qui correspond, pour une alvéole de 250 mètres de longueur, pleine de colis, à un taux de renouvellement d’air par heure égal à 5.
Enfin, il a été fait l’hypothèse que l'hydrogène émis par les colis de stockage se diluait de manière homogène dans le volume libre situé au dessus des colis de stockage35 et que la ventilation restait en service jusqu’au moment du scellement de l’alvéole.
33 Le phénomène de radiolyse est aussi à l’origine de la libération en très faible quantité de gaz carbonique et de monoxyde de carbone. Ces gaz sont dilués par la ventilation des installations comme ceux produits par les engins à moteur thermique.
34 La Limite Inférieure d'Explosivité (LIE) est la concentration minimale en gaz à partir de laquelle il y a risque d’explosion en présence d’une source d’ignition. La LIE est de 4 % pour l’hydrogène et de 5,3 % pour le méthane.
35
Les estimations sont faites avec l'hypothèse pénalisante de taux de dégazage constants sur la durée de l’activité d'exploitation et de fermeture du stockage.
4.3.2 Analyse en phase d’exploitation
Cette analyse est présentée en fonction de la logique du cycle suivi par les colis : entreposage des colis primaires, entreposage des colis de stockage, transfert des colis de stockage en hotte, mise en place des colis de stockage dans les alvéoles de stockage.
4.3.2.1 Entreposages de surface (colis primaires et de stockage)
Une simulation, faite sur la base des hypothèses présentées précédemment montre que le taux d’hydrogène dans l’atmosphère des locaux est négligeable en conditions normales de ventilation (avec des taux variant de 10-6à 10-7dans les différents locaux de surface), et que le délai pour atteindre la limite d’explosivité de 4.10-2(4 %) suite à un arrêt de ventilation est de plusieurs dizaines d’années. Le risque d’explosion n’existe donc pas dans ces locaux.
4.3.2.2 Transfert des colis de stockage en hotte
L’émission d'hydrogène se produit également dans la hotte pendant le transfert des colis entre les installations de surface et l'alvéole de stockage. L’existence des jeux de construction des portes de la hotte et éventuellement la présence d’un évent permettront de diluer l’hydrogène émis par les colis dans l’atmosphère du lieu de passage de la hotte et il n’y aura pas de risque d’explosion compte tenu du faible débit d’hydrogène émis en regard des flux de ventilation circulant dans les différentes installations.
4.3.2.3 Alvéoles de stockage
La simulation a été faite en supposant un arrêt de ventilation dans une alvéole de stockage de 250 mètres de longueur remplie de colis B5.1. Il a été considéré que l’hydrogène se concentrait préférentiellement dans les 15 cm supérieurs de l’alvéole de stockage, au dessus des colis de stockage.
Dans ces conditions, la durée d’atteinte de la limite d’explosivité de 4 % est de l’ordre d’une trentaine de jours. Il n’y a donc pas de risque d’explosion même avec un arrêt temporaire de la ventilation.
4.3.3 Analyse en phase de fermeture du stockage
Vis-à-vis du risque d’explosion, cette phase peut être subdivisée de la manière suivante.
4.3.3.1 Phase de scellement des alvéoles de stockage
La réalisation d’un scellement commencerait par la mise en place d’un écran de radioprotection constitué de blocs de béton équipés de conduits permettant le maintien de la ventilation en alvéole (voir paragraphe 5.1.6 du tome « architecture et gestion du stockage géologique » [22]). Cette étape se poursuit par la réalisation d’un massif d’appui en béton qui remplit la tête d’alvéole et isole ainsi les colis de stockage par rapport à la galerie d’accès. Dans ces conditions, le relâchement d’hydrogène vers la galerie d’accès serait très faible et ne pourrait être source d’explosion, d’autant plus que cette galerie sera ventilée pendant toute la durée de la mise en place du noyau d’argile gonflante du scellement.
4.3.3.2 Période après scellement des alvéoles de stockage
Les travaux de remblayage eux-mêmes pourraient se dérouler en deux étapes – le remblayage des infrastructures de la zone de stockage de déchets B, puis, plus tardivement le remblayage du reste des infrastructures avant la fermeture complète du stockage.
Ces travaux de remblayage sont isolés des alvéoles de stockage par les scellements et ne peuvent pas induire de risques d’explosion.
Cependant, si un retour dans une alvéole après mise en place du scellement était envisagé, une telle opération ne pourrait se faire qu’après un renouvellement préalable de l'atmosphère de l’alvéole de stockage de manière à évacuer l’hydrogène présent (voir chapitre 10 du tome « architecture et gestion du stockage géologique » [22]). Ceci nécessiterait de prendre des dispositions spéciales pour ne pas avoir de risques d’ignition au moment de la remise en place du système de ventilation, du type de celles pratiquées en mines de charbon grisouteuses.
4.3.4 Conclusion
Les risques liés à l’émission de gaz explosifs (H2 pour l’essentiel) par certains colis de déchets B sont maîtrisés en phase d’exploitation par la ventilation des différentes installations du stockage, qui assure leur dilution. Une interruption de cette ventilation ne présente pas de réels dangers car le délai disponible pour intervenir est important.
Les étapes de fermeture du stockage ne présentent pas de risques d’explosion, sauf en cas de retour dans une alvéole après mise en place du scellement. Dans ce cas, il sera nécessaire de rétablir une ventilation pour extraire les gaz accumulés dans l’alvéole de stockage en prenant les dispositions de sécurité nécessaires au moment de son installation.