C ONTEXTE INDUSTRIEL

L’élimination à long terme des déchets nucléaires reste un défi scientifique et sociétal majeur pour les pays producteurs de déchets nucléaires. Une des solutions envisagées par ces pays (p. ex. le Canada, la Finlande, la Suède, la France) consiste à enfouir ces déchets dans les formations géologiques en profondeur (Davison et al., 1994; Delay et al., 2007; Milnes, 2002; SKB, 1992). C’est pourquoi la caractérisation de la roche encaissante est très importante, en mettant l’accent sur ses propriétés mécaniques et sa capacité à agir comme une barrière hy-draulique.

La Suède, tout comme la Finlande et le Canada, vise un stockage profond dans des formations granitiques (Figure 1-17). Ainsi, depuis plus de 40 ans, la Suède accumule les connaissances sur son socle rocheux afin de déterminer un lieu de stockage suffisamment sûr du point de vue environnemental mais aussi humain. De nombreuses investigations de terrain en surface et profondeur (forages) ainsi qu’une modélisation de site ont permis de déterminer l’implanta-tion du futur site de stockage à Forsmark, où se trouve une centrale nucléaire (« Forsmark nuclear Power Plant »). La roche concernée consiste en une lentille tectonique composée de métagranite, contenant des roches pegmatiques, granitiques et amphiboliques. Cette zone du socle rocheux est considérée comme géologiquement stable comparée aux zones de défor-mations environnantes (SKB, 2011).

La méthode d’enfouissement (KBS-3) choisie par les suédois consiste en l’encapsulation du combustible nucléaire sous forme de pellets entassés dans un baril en cuivre. Celui-ci sera entouré d’argile, la bentonite, qui aura un effet de tampon, qui sera à son tour entouré de la roche environnante (Figure 1-17) (SKB, 2011). Cette protection multi barrières, vise à isoler les radionucléides présents dans le combustible, de l’environnement. À Forsmark, l’implanta-tion de 6000 barils, d’une dimension de 5 m de long et 1 m de diamètre chacun nécessite un trou de profondeur 8.5 m avec un diamètre de 1.8 m et sont planifiés jusqu’à environ 2070 (SKB, 2011, 2019a). Un baril plein pèsera au total entre 25-27 tonnes, dont 2 tonnes de com-bustible nucléaire, 7.5 tonnes de cuivre et 14-15 tonnes de fer. Une fois disposés dans les trous verticaux, le tunnel tout entier (ascenseur et toute ouverture comprises) sera rebouché par un mélange de bentonite et de sable quartzitique pour devenir un site fermé et scellé (SKB, 1992). Il n’y a pas d’intention de récupération des barils.

Une tâche d’ingénierie importante lors de la construction du site de stockage (SKB, 2005a) est d’évaluer si un emplacement donné dans un tunnel convient ou non pour l’implantation des barils en cuivre (SKB, 2005b; Ström et al., 2008). Ceci implique une attention particulière sur

la géométrie des fractures qui intersectent les trous de déposition car elles sont considérées comme les conduits principaux pour le transport de radionucléides dans la roche ignée (Berglund et al., 2013; Selroos et al., 2002). Idéalement, la connaissance dite « déterministe » sur la géométrie des fractures est visée dans les premiers mètres sous le plancher du tunnel et autour des trous tandis qu’une description statistique suffit pour une étude plus éloignée (Andersson et al., 2013; Olofsson et al., 2007).

FIGURE 1-17 : PROTOTYPE DU SITE FINAL DE STOCKAGE ET MÉTHODE KBS-3 DE STOCKAGE. IMAGE MODIFIÉE DE

SKB (2011) ET SKB (2019B)

C

Le socle rocheux suédois se compose principalement de roches d’âge Précambrien consti-tuant une partie du bouclier baltique (aussi appelé bouclier « fennoscandien »). Ces roches se regroupent sous trois domaines principaux (Figure 1-18a) (Bergman et al., 2001; Larsson & Tullborg, 1993; Milnes, 2002; Milnes et al., 1998; Stephens, 2010). Le domaine du noyau con-tinental archéen, le plus ancien, est situé dans le nord-est de la Suède. Le domaine svécofen-nien/svécokarélien est constitué de roches formées lors de l’orogenèse svécokarélienne (pé-riode 1.9-1.77 Ga) et consolidées aux environs de 1.5 Ga, dans la partie centrale de la Suède. Le domaine svéconorvégien, au sud-ouest, principalement constituées de roches formées lors de l’orogenèse svéconorvégienne (entre 1.5 et 0.9 Ga) avec une consolidation à la fin du Pré-cambrien. Ces trois zones sont entourées par un domaine ouest de roches appartenant à l’orogenèse calédonienne et un domaine est composé d’une couverture rocheuse sédimen-taire datant du Néoprotérozoïque et Phanérozoïque.

Dans le cadre de cette thèse, nous étudions les roches fracturées composant le socle rocheux de l’île d’Äspö. Cette île se situe dans le domaine svécokarélien, composée des roches

grani-(Munier & Talbot, 1993). Le Bouclier Baltique a été transporté sur de longues distances suite aux ouvertures et fermetures des océans. Les changements de direction du Bouclier ont induit des épisodes de contraintes intra cratoniques. Une première foliation homogène (contrainte ductile) sur une échelle régionale s’est alors imposée lorsque la masse rocheuse était profonde et chaude. Des contraintes plus localisées ont ensuite segmenté cette masse rocheuse qui se sont traduites par la suite par des zones de faille. La contrainte cassante de la région peut être vue comme un effet de deux mécanismes combinés. Le premier étant un mécanisme de frag-mentation signifiant la création de nouvelles fractures et le second étant un mécanisme de réactivation des anciennes fractures. Au fur et à mesure des enchainements de contraintes dans la région d’Äspö, de moins en moins de nouvelles fractures sont créées pour laisser place au phénomène de réactivation. Les fractures et les zones de fractures se réactivent en fonction de leur capacité de réponse face aux contraintes physiques que subissent les roches. À la fin des temps Paléozoïques, le socle rocheux d’Äspö semble avoir été suffisamment fragmenté pour laisser place à la réactivation répétée des zones de fractures suite au mouvement du Bouclier mais aussi par des glaciations majeures et locales des dernières 0.3 Ga (Munier & Talbot, 1993).

On peut résumer la situation géologique de la région d’Äspö comme étant principalement un bloc rocheux (« Småland mega-block ») ayant subi trois phases tectoniques principales (Milnes et al., 1998). La première, au Paléozoique, se traduit par une phase d’accrétion et de l’orogenèse Svécokarélien (formation de la croûte, magmatisme synorogénique et cisaillement ductile). La deuxième, au Mésoprotérozoïque, est une phase de cratonisation (consolidation de la croûte, magmatisme anorogénique et soulèvement/érosion). La troisième, au Néoproté-rozoïque et PhanéNéoproté-rozoïque, est d’une phase « post-cratonisation » induisant des périodes de soulèvement rocheux, d’érosion et de subsidence ainsi qu’une déformation cassante (Milnes et al., 1998).

FIGURE 1-18: (A) TECTONIQUE RÉGIONALE DU BOUCLIER BALTIQUE. MODIFIÉ D’APRÈS BERGMAN ET AL. (2001) ET STEPHENS (2010). (B) GÉOLOGIE DE L’ÎLE D’ÄSPÖ. MODIFIÉ D’APRÈS GRIGULL AND LUTH (2018) ET MUNIER AND

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