Dans les alvéoles de déchets C

Pour les colis de déchets C vitrifiés, une première fonction est d’interdire l’arrivée d’eau au contact du verre pendant la période caractérisée par une température relativement élevée, dont la durée est au plus de l’ordre du millénaire. Il convient en effet d’éviter un relâchement de radionucléides aussi longtemps que la température ne permet pas de rendre compte, de manière fiable, du comportement de ces radionucléides, compte tenu des limites actuelles de connaissances. Il s’agit d’autre part de protéger le verre d’un risque d’accroissement, pour une température supérieure à une soixantaine de degrés, de son altérabilité au contact de l’eau, en lien avec les modèles de comportement aujourd’hui considérés [20]. Cette fonction est remplie par un surconteneur (voir Figure 3.7-9) qui isole le colis de verre de l’eau, et dont la durée de vie est dimensionnée de manière à couvrir la phase pendant laquelle la température au cœur du verre est supérieure à 50-60 °C. Le dimensionnement du surconteneur est fait dans des conditions conservatives (en supposant une resaturation immédiate, et en prenant en compte une phase de conditions de corrosion oxydante avant le passage en conditions réductrices), et il permet une étanchéité de 4 000 ans, très largement suffisante au regard de l’objectif.

On notera que le surconteneur tel qu’il est aujourd’hui défini pourrait en fait durer plus longtemps, aux alentours de 15 000 ans, en considérant des hypothèses moins pessimistes et en prenant en compte la cinétique de resaturation aujourd’hui estimée ainsi que la présence d’éléments protégeant le conteneur, par exemple le chemisage métallique installé en paroi de l’alvéole, qui est le premier à se corroder.

Cependant, le chemisage est mis en place avant tout pour des questions de facilité d’exploitation et afin de favoriser le retrait aisé des colis dans un contexte de réversibilité. On ne lui affecte pas de fonction de protection du surconteneur, celle-ci restant une marge de sûreté.

La durée de vie du surconteneur est pilotée par sa corrosion ; pour cette raison, le surconteneur est en acier non ou faiblement allié, matériau dont le comportement sous corrosion est le plus simple et le plus prévisible. On notera que, pour cette même raison, on n’attribue pas de fonction au conteneur primaire en acier inoxydable, qui constitue de fait une ligne de défense supplémentaire, dont l’efficacité est cependant difficilement quantifiable. En effet, celui-ci risque de ne pas résister à la corrosion radiolytique dans les premiers siècles, ni aux pressions hydrostatiques et géostatiques appliquées. Il constitue donc une protection plutôt d’ordre qualitatif.

Figure 3.7-9 Schéma de principe du colis de stockage des colis-type de déchets C vitrifiés (verre, conteneur et surconteneur)

Le comportement du surconteneur est caractérisé par plusieurs phases :

- pendant la phase où il peut être soumis à des conditions oxydantes (en exploitation, et en début de phase de post-fermeture jusqu’à la consommation de l’oxygène par le milieu environnant), son régime de corrosion est potentiellement rapide. L’alvéole est donc obturée dès que possible par un bouchon d’exploitation et un capot de protection, qui limitent fortement le renouvellement d’air à l’intérieur de l’alvéole. Cela ne constitue pas un obstacle à la réversibilité, dans la mesure où ces éléments peuvent être aisément enlevés, ce qui est d’ailleurs nécessaire pour mettre en place le bouchon d’alvéole définitif (voir plus loin). Pendant cette phase, on cherche également à placer le surconteneur dans les meilleures conditions physico-chimiques ; en particulier, il est isolé autant que possible des autres composants métalliques (par la mise en place d’un patin de céramique qui le sépare du chemisage) ;

- de manière concomitante, pendant les premiers siècles de durée de vie du surconteneur, celui-ci pourrait être soumis à une corrosion radiolytique du fait du rayonnement interne du colis.

L’épaisseur de métal disponible lors de cette période est dimensionnée pour l’en protéger ;

- après consommation de l’oxygène, les conditions autour du surconteneur sont anoxiques et réductrices, même si l’alvéole n’est éventuellement pas totalement resaturée. Dans un tel cas, la corrosion est une corrosion uniforme à vitesse plus lente.

La résistance mécanique du conteneur sur la durée nécessaire conduit à prévoir une épaisseur supplémentaire. Il est prévu pour résister à 12 MPa, correspondant à l’évaluation du poids des terres et de la pression d’eau interstitielle.

Le dimensionnement de l’épaisseur du surconteneur à ce stade du projet est au total de 55 mm.

Au-delà de la phase thermique, d’autres sous-fonctions contribuent à créer autour du verre des conditions qui permettent d’en maîtriser le comportement.

Tout d’abord, il s’agit de maintenir la cohésion mécanique du verre autant que possible, à la fois pour éviter un endommagement qui augmenterait sa fracturation interne, mais également pour favoriser les éventuels phénomènes d’autocolmatage de la fissuration interne par précipitation de silice une fois que le verre est en présence d’eau. Cette fonction renvoie aux conditions de manutention des colis de déchets vitrifiés, qu’on doit préserver de l’endommagement. Une fois qu’ils sont dans l’alvéole, celle-ci doit offrir aux colis de verre un environnement présentant la meilleure stabilité mécanique possible.

De plus, la limitation du dégagement thermique des colis de verre en entrée du stockage, ainsi que de la température au sein du stockage, motivée par le souci de protéger le milieu géologique (voir paragraphe 3.7.6.1), contribue également à favoriser la tenue des colis en limitant les déformations thermomécaniques dans l’alvéole. Le nombre de colis par alvéole et leur séparation par des intercalaires inertes participent à la dissipation de la chaleur.

Par ailleurs, l’altération du verre est contrôlée par la vitesse de dissolution de la silice, qui décroît avec la concentration en silice dans l’eau environnante. Il convient de prendre des dispositions pour favoriser le maintien d’un équilibre chimique, en termes de teneur en silice, entre l’eau et le verre. Cet objectif est atteint en limitant le transport des espèces dissoutes dans l’alvéole, donc en particulier de la silice, de manière à favoriser son immobilisation au plus près de la surface atteinte par l’eau. Les dispositions retenues pour satisfaire cette fonction portent sur les matériaux situés à proximité des déchets. On note en particulier l’existence d’un milieu continu de faible perméabilité autour des colis, avec les argilites du Callovo-Oxfordien et le bouchon en bentonite mis en tête d’alvéole. Les vides sont limités autant que possible. L’ensemble contribue à maintenir un régime diffusif dans l’alvéole.

Les évaluations montrent que, compte tenu du faible diamètre, la zone fracturée se développant autour de l’alvéole devrait être absente ou très limitée, suffisamment pour que la pression exercée par le gonflement du bouchon suffise à la court-circuiter (sans qu’une coupure hydraulique soit nécessaire).

Pour parvenir à maintenir un milieu très faiblement fracturé, les alvéoles sont orientées dans le sens de la contrainte géostatique majeure, et les techniques de creusement sont adaptées.

Le bouchon est en bentonite. Il est disposé à l’entrée de l’alvéole, et c’est son gonflement lors de la phase de resaturation qui assure le contact intime avec la roche (voir Figure 3.7-10). Un massif d’appui en béton (dénommé également « bouchon en béton ») est disposé en amont pour confiner la bentonite et favoriser son gonflement.

Figure 3.7-10 Schéma de principe d’une alvéole de déchets C fermée

En complément des dispositions évoquées ci-dessus, il faut également limiter les composants à l’interface des colis pouvant sorber la silice. On notera cependant que les produits de corrosion du surconteneur peuvent présenter de telles capacités de sorption. Leur présence est prise en compte dans les modèles de comportement [20].

De plus, on cherche également à contrôler le pH (de préférence entre 7 et 9), la dissolution du verre étant potentiellement sensible à ce paramètre. C’est la raison pour laquelle on éloigne du verre toute source alcaline. Le béton du massif d’appui en tête du bouchon d’alvéole ne doit pas avoir d’influence sur le pH dans l’alvéole. Cela nécessite une performance du bouchon en terme d’isolation chimique.

La capacité tampon de la bentonite, et ses propriétés de faible diffusion, sont mobilisées, et dimensionnées au regard des extensions maximales de perturbation alcaline. Celles-ci sont d’ordre métrique au plus.

Enfin, comme dans les alvéoles de déchets B, deux fonctions génériques permettent de maîtriser les relâchements hors de l’alvéole une fois que les éléments toxiques ont quitté le colis :

- maintenir des conditions réductrices, de manière à immobiliser autant que possible les radionucléides. Les conditions réductrices sont imposées à terme, une fois le stockage refermé, par les eaux du Callovo-Oxfordien ;

- filtrer les colloïdes éventuellement produits. Cette sous-fonction est assurée par le biais des argilites, du fait de l’absence de zone fracturée, ainsi par le bouchon d’alvéole. Leur faible porosité permet d’empêcher les complexants produits de progresser vers les galeries.

Le cas échéant, s’il s’avérait qu’une zone fracturée est susceptible de se développer, un corps de barrière ouvragée pourrait être mis en place dans les alvéoles de déchets C. Il n’apparaît cependant pas nécessaire au stade actuel de la conception.

L’ensemble des dispositions prises à ce stade du projet pour limiter le relâchement par les déchets vitrifiés, et immobiliser les radionucléides qu’ils peuvent relâcher, se résume aux éléments suivants : - choix d’un surconteneur en acier non ou faiblement allié ;

- limitation de la période oxydante par l’obturation des alvéoles au moyen d’un capot amovible, protection du surconteneur vis-à-vis des risques de corrosion localisée (notamment en plaçant un patin et l’isoler du chemisage pour éviter de créer une zone de corrosion localisée) et dimensionnement du surconteneur prenant en compte une période oxydante, la corrosion radiolytique, plus une vitesse de corrosion uniforme ;

- limitation des vides dans l’alvéole ;

- orientation des alvéoles dans le sens de la contrainte majeure ; - maîtrise des techniques de creusement ;

- mise en place d’un bouchon en bentonite en entrée d’alvéole ;

- limitation de l’utilisation de composant à l’interface des colis pouvant sorber la silice ; - absence d’emploi du béton au sein des alvéoles.

On notera que les combustibles usés CU3 (combustibles de la Recherche ou de la Défense), s’ils étaient stockés, le seraient dans des alvéoles similaires à celles des déchets vitrifiés.