L’alvéole de stockage B

3.3.1 Description de l’alvéole

L’alvéole de stockage proposée par l’Andra est un tunnel borgne horizontal d’une longueur utile de 250 m et d’un diamètre excavé de 12 m. L’alvéole est orientée parallèlement à la pression horizontale des terrains la plus forte (contrainte géomécanique principale majeure) pour minimiser l’endommagement de la roche lors du creusement. La forme quasi-circulaire, ou en fer à cheval, de l’excavation s’adapte au mieux aux différentes dimensions des colis et minimise les excavations et les volumes de béton. Le dimensionnement du revêtement de l’alvéole vise à garantir la stabilité mécanique de l’ouvrage pendant plusieurs siècles.

Compatibilité avec les options d’entreposage longue durée

Les études de conception du conteneur ont été menées en liaison avec le CEA afin d’assurer une identité des objets étudiés pour l’entreposage de longue durée (ELD) et le stockage. Le concept proposé répond ainsi aux exigences du stockage à long terme et à celles de l'entreposage de longue durée : - durabilité du conteneur sur une période de plusieurs siècles,

- possibilité de reprise du colis primaire après une phase d’entreposage de longue durée,

- diffusion, en situation d’entreposage, de l’hydrogène dégagé par les colis primaires par le couvercle du conteneur, pour privilégier la protection des colis primaires (conditions désaturées assurées par la venti-lation de l’entreposage). En situation de stockage, des évents peuvent être aménagés en partie haute du corps pour que l’hydrogène diffuse dans les zones ventilées en alvéole,

- moyens de manutention identiques pour l’entreposage et le stockage.

Démonstrateur de colis de stockage B

Alvéole de stockage de déchets B en configuration d’exploitation

L’alvéole de stockage pour les déchets B comporte :

- une chambre de stockage, le corps, irradiante et inaccessible au personnel, de forme rectangulaire, de 4 à 7 m de côté selon la taille des colis. Les colis y sont disposés sur 3 ou 4 niveaux et sur 2 à 4 colonnes dans le sens transverse de l’alvéole. Pour la manutention et la ventilation, des jeux limités (10 à 15 cm) sont laissés entre le haut des colis et le toit de l’alvéole, ainsi qu’entre les colonnes de colis et entre les colis et les parois verti-cales de l’alvéole,

- une tête (environ 13 m de long) équipée, pour assurer la radioprotection du personnel, d’un sas constitué par un système de doubles portes. La hotte de transfert des colis de stockage est accostée sur la porte externe du sas dans lequel est stationné un chariot élévateur téléopéré qui extrait le colis de la hotte et le conduit dans la chambre de stockage.

La galerie d’accès à l’alvéole est conçue pour accueillir un scellement – constitué d’un noyau en argile gonflante de très faible perméabilité (inférieure à 10^-11m/s) et de massifs d’appuis en béton – qui ferme l’alvéole lorsque le choix en est fait. Pour favoriser la performance du scellement, le diamètre utile de la galerie est réduit à 5 ou 6 m selon les colis, et son soutènement, comme son revêtement, sont conçus de manière à limiter les perturbations mécaniques.

Le dimensionnement et la stabilité de l’alvéole B

La stabilité de l’alvéole et la limitation de la perturbation mécanique du terrain peuvent être assurées par divers composants qui agissent à des échelles de temps différentes : le soutènement assurant la sécurité du chantier de construction de l’alvéole, le revêtement garantissant la stabilité de l’ouvrage pendant une durée au moins séculaire. Ce dernier est constitué d’un anneau de béton et d’un remplissage qui permet de constituer une chambre de stockage rectangulaire ajustée à la géométrie des colis empilés.

• Le soutènement,posé au fur et à mesure du creusement de l’alvéole, est constitué par un grillage, des boulons courts et 25 cm d’épaisseur de béton projeté.

• L’anneau de revêtement de l’alvéoletravaille uniquement en compression et ne nécessite pas d’être armé, ce qui favorise la durabilité. Il est constitué d’une épaisseur de 70 cm (en voûte) de béton haute performance (BHP 60 MPa).

• Le béton de remplissagelimite à moins de 5 % les vides résiduels entre colis tout en maintenant un jeu fonctionnel (décimétrique) entre les colis pendant une durée au moins séculaire, pour les besoins C.IM.0SES.04.0267.D

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Le stockage - Les installations

La plupart des colis B dégagent de l’hydrogène en faible quantité et des traces de radionucléides gazeux.

La ventilation des alvéoles vise à réduire l’accumulation d’hydrogène et à limiter la contamination des matériels et matériaux par les radionucléides gazeux. Pendant l’exploitation et jusqu’à leur fermeture, les alvéoles de déchets B sont ventilées en permanence. Les débits de dégagement d’hydrogène sont si faibles que l’on peut envisager sans risque des arrêts de ventilation de plusieurs semaines.

3.3.2 La construction des alvéoles B

Le mode de construction envisagé comporte trois phases successives :

-le creusement du corps de l’alvéole et de la galerie d’entrée, qui peut être réalisé par une machine à attaque ponctuelle de grande puissance. Ce mode de creusement perturbe peu la roche et apparaît bien adapté aux caractéristiques des argilites et à la géométrie de l’alvéole. L’abattage de la section de l’alvéole peut se faire en deux passes : la partie supérieure puis la partie inférieure ; celle de la galerie d’entrée, de plus faible diamètre, en une seule passe,

-la pose immédiate du soutènement qui assure la sécurité du chantier. Pour le corps de l’alvéole, le soutè-nement étudié est un boulonnage court (boulons scellés avec un coulis de ciment) accompagné de béton projeté sur un treillis. Le soutènement par cintres métalliques, quoique possible, a été écarté à ce stade car il introduirait une plus grande quantité d’acier,

-la pose du revêtement qui garantit la stabilité de l’ouvrage sur plusieurs siècles. Pour le corps de l’alvéole, le revêtement est un béton coulé en place. Des voussoirs en béton préfabriqués ont été écartés car ils pourraient conduire à une quantité d’acier importante (armatures) et seraient difficiles à poser en deux passes de creusement. Le béton du revêtement et de remplissage peut in fine être coulé dans des coffrages métal-liques articulés.

Des perturbations chimiques limitées

• Matériaux

Si le béton (pH de l’ordre de 12) contribue à créer un environnement physico-chimique favorable à la protection à long terme des colis de stockage et des éléments métalliques des colis primaires, il induit cependant des phénomènes d’interaction béton-argilites susceptibles de dégrader les propriétés de rétention de ces dernières. L’extension des perturbations chimiques a été évaluée : elle est limitée à quelques décimètres. L’introduction de grandes quantités de béton n’a donc pas d’impact sur les propriétés d’ensemble des argilites situées au-dessus et au-dessous du stockage (épaisseur supérieure à 50 m).

• Ventilation

L’apport d’air sec dans les alvéoles induit une désaturation du béton de revêtement et de la roche en paroi, et favorise l’oxydation des matériaux et des argilites proches de la paroi du revêtement. Les études montrent que cette oxydation reste limitée à une très faible épaisseur (d’ordre décimétrique) de roche en paroi et n’a pas d’impact sur les propriétés de rétention de la roche saine.

L’apport d’oxygène peut aussi provoquer l’oxydation des matériaux métalliques présents dans l’alvéole : celle-ci est toutefois très limitée par l’état relativement sec de l’air.

C.IM.OSES.04.0567.B

Creusement et soutènement d’une alvéole B

À l’étranger

Les concepts étudiés à l’étranger pour le stockage des déchets de type B ou assimilés dans des roches sédimentaires sont assez similaires. Les colis primaires sont regroupés dans des colis de stockage, le plus souvent parallélépipédiques, et les alvéoles sont des excavations de dimension assez grande (jusqu’à 10 ou 15 m) déterminée par le comportement mécanique de la roche-hôte. Le concept de la Nagra est le plus comparable à celui de l’Andra et s’explique par la similitude des caractéristiques géotechniques de la roche-hôte.La différence notable entre les concepts étrangers et celui de l’Andra réside dans le choix de combler les vides entre colis dans l’alvéole (sauf le concept du WIPP, mais la roche salifère a des propriétés de compor-tement différé permettant de combler ces vides à moyen terme). Dans le cas du concept Andra, il a été retenu de ne pas combler ces vides, ce qui facilite la réversibilité, mais de les limiter au maximum par conception.

• En Suisse (Nagra),la faisabilité d’un stockage souterrain est étudiée dans une argilite semblable à celle du Callovo-Oxfordien par sa minéralogie et ses propriétés mécaniques. Les colis de stockage sont empilés sur 2 ou 3 niveaux dans des tunnels de 9 m de haut et 7 m de large. Une fois les colis en place, les vides résiduels sont comblés par un mortier de ciment. L’alvéole est fermée par un bouchon en béton et un scellement argileux est prévu à l’entrée de la zone de déchets B.

• Au Japon (JNC), le concept retenu pour un site sédimentaire générique est un tunnel de section circulaire de 10 m de diamètre utile avec un revêtement en béton de 60 cm d’épaisseur (soit une section excavée de 11,2 m).

Les colis primaires sont regroupés dans des colis de stockage. Pour les déchets les plus irradiants, une barrière ouvragée (1,2 m d’épaisseur) constituée de bentonite (argile gonflante) et de sable est placée entre les colis et le revêtement. Pour les déchets faiblement irradiants, il n’y a pas de barrière ouvragée. Les vides restant dans l’alvéole sont comblés par un matériau de remplissage de type mortier ou ciment.

• En Belgique (Ondraf),le concept (aujourd’hui en cours de révision) consiste à empiler les colis de déchets dans des galeries de 3 à 6 m de diamètre puis à combler les vides entre les fûts avec du béton ou un matériau similaire.

Ce concept résulte en particulier des propriétés de la roche-hôte de Boom, plus argileuse et beaucoup plus plastique que les argilites du Callovo-Oxfordien.

• Aux Etats-Unis (US-DOE),le Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), installation de stockage opérationnelle dédiée aux déchets militaires transuraniens, est construite à 650 m de profondeur dans une formation salifère. Les colis de déchets de type CH (Contact Handled ou colis peu irradiants) sont empilés dans des chambres rectangulaires (4 à 5 m de haut, 10 à 15 m de large). Aucun remplissage des vides n’est réalisé.

• En Allemagne (DBE),des études sont en cours pour concevoir un stockage de déchets radioactifs qui ne dégagent pas de chaleur dans une couche marno-calcaire sur le site de l’ancienne mine de fer de Konrad (Basse-Saxe). Les colis primaires sont regroupés dans des colis de stockage cylindriques ou parallélépipédiques, puis empilés par chariot élévateur sur 3 niveaux dans des chambres existantes (éventuellement élargies et/ou allongées) ou dans de nouvelles

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Le stockage - Les installations

Légende :

X

x contribution d’un composant à une fonction

3.3.3 La mise en alvéole des colis de stockage de déchets B

La conception proposée conduit à quatre étapes pour la mise en alvéole du colis de stockage, qui pourraient être réalisées de façon semi-automatique sous le contrôle d’un opérateur :

-accostage de la hotte sur le sas et extraction du colis : après son transport dans les galeries, la hotte de protection est accostée au niveau de la tête de l’alvéole, assurant ainsi la protection radiologique des personnes présentes dans la galerie. Après ouverture des portes extérieures du sas, le chariot de manutention s’avance pour extraire le colis hors de la hotte. Une fois le colis extrait, les portes du sas sont refermées et la hotte peut repartir à vide,

-rotation et orientation du chariot de manutention : le plancher mobile du sas fait subir au chariot de manutention chargé du colis une rotation de 180°, puis le translate latéralement pour le présenter face à la rangée de stockage voulue,

-transfert et mise en place des colis : les portes intérieures du sas sont ouvertes pour laisser passer le chariot de manutention dans la chambre de stockage. Le colis est transporté en position basse pour éviter tout risque de chute et garantir la stabilité du chariot. Arrivé au niveau du front des colis déjà stockés, le chariot s’arrête, soulève le colis à la hauteur de son niveau de dépose et le met en place,

Fonctions et principaux composants de l’alvéole B

Fonctions Période Revêtement Section Scellement Sas d’entrée

béton des alvéoles dans la galerie des alvéoles d’accès

les colis de stockage observation

X X

S’opposer à la Après

circulation d’eau fermeture

X

Limiter le relâchement

des radionucléides et Après

les immobiliser dans fermeture

X x

le stockage

les argilites du fermeture

x X

Callovo-Oxfordien

Après Fractionner le stockage

fermeture

X

-retour du chariot de manutention : le chariot se repositionne en marche arrière dans le sas en attente d’un nouveau cycle. Les portes intérieures du sas sont refermées.

Un retrait des colis s’effectuerait de manière identique par simple inversion du processus.

Synoptique de mise en alvéole des colis B

Transfert du colis en position basse

Manutention : un chariot élévateur mobile électrique

La manutention de colis lourds (6 à 25 tonnes) empilés sur plusieurs hauteurs et rangés dans une alvéole de 250 m de long nécessite un engin mobile téléopéré capable de déplacer la charge longitudinalement, latéralement et en hauteur, et de réaliser une rotation de 180° pour passer de la position « face à la hotte » à la position « face à l’alvéole ». Son encombrement réduit (4 m) limite le volume de la tête d’alvéole non utilisé pour le stockage et facilite ses évolutions pour extraire le colis de la hotte et procéder à la mise en alvéole.

accostage de la hotte à l’operculaire de

l’alvéole

translation de l’engin élévateur sur le

transbordeur

retour de l’engin élévateur sur le transbordeur

rotation et reprise de sa position initiale rotation de l’engin élévateur sur

le transbordeur équipé d’une plaque tournante

dépose du colis dans l’alvéole ouverture des portes operculaire/hotte

et prise du colis par l’engin élévateur

C.IM.0SES.04.0256.B

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Le stockage - Les installations

4. Les colis et les alvéoles