Les colis de stockage et la conception des alvéoles de stockage .1 Les colis de stockage et alvéoles pour déchets B .1Les colis de stockage et alvéoles pour déchets B

La catégorie des déchets B recouvre une grande diversité de colis primaires en termes de conditionnement, de géométrie et de contenu radiologique et chimique.

Le souci de simplifier les méthodes d'exploitation a conduit à la conception de colis de stockage standardisés, regroupant un à quatre colis primaires dans une enveloppe en béton parallélépipédique d’une masse comprise entre 6 et 25 tonnes environ, et de dimensions comprises entre 1,2 et 3 mètres – voir la section 4.1 pour plus de détail. La protection biologique n'est pas incorporée à l'enveloppe, car elle nécessiterait une épaisseur de béton supplémentaire néfaste à la recherche de compacité. Une contribution du béton des colis de stockage à la limitation du relâchement des radionucléides à long terme a été étudiée à titre exploratoire.

Les alvéoles de stockage sont des tunnels subhorizontaux, de longueur limitée à environ 270 mètres – une description détaillée figure à la section 5.1. Les colis B étant non ou peu exothermiques, le diamètre excavé des alvéoles est essentiellement le résultat de l'analyse géotechnique et de la recherche de compacité. Il est limité à 12 mètres au plus.

Le revêtement de la galerie, constitué de béton, assure la stabilité mécanique de l'ouvrage. Retenu d'abord pour ses qualités mécaniques et sa durabilité favorables à la réversibilité, le béton du revêtement exerce aussi une fonction de protection chimique des colis et contribue à la rétention de radionucléides. Sa section intérieure est de forme rectangulaire et délimite une chambre de stockage dans laquelle les colis sont empilés sur plusieurs niveaux.

Figure 2.4.4 Alvéole de stockage de déchets B en exploitation

La chambre de stockage constitue un volume irradiant dans lequel les colis sont manutentionnés par un équipement téléopéré, décrit au chapitre 9. La tête des alvéoles est équipée d’un sas de radioprotection permettant l’extraction des colis de stockage contenus dans les hottes blindées, et la protection radiologique des opérateurs susceptibles d’être présents dans la galerie d'accès.

Lors de la fermeture de l’alvéole, il n'apparaît pas nécessaire de combler les jeux entre colis dans la chambre de stockage, ce qui facilite les opérations de fermeture et la récupération éventuelle des colis ; les techniques de mise en place et de récupération permettent en effet de limiter ces jeux à 5 % du volume de la chambre. En revanche, le volume occupé par le sas de radioprotection est rempli ; la galerie d'accès est scellée par un bouchon en argile gonflante. Chaque alvéole de déchets B constitue à long terme un module isolé des autres.

Figure 2.4.5 Alvéole de stockage de déchets B scellée

2.4.2.2 Les colis de stockage et alvéoles pour déchets C vitrifiés

Pour interdire l'arrivée d'eau sur les déchets pendant la phase thermique, chaque colis primaire de déchets vitrifiés est placé dans un surconteneur étanche à l'eau durant toute cette phase. Celui-ci est constitué d'acier non allié, dont l'épaisseur utile de 55 millimètres est dimensionnée de manière très conservative pour résister à la corrosion sur une durée millénaire ; une description détaillée du surconteneur est donnée à la section 4.2. Le colis de stockage standard a une masse proche de 2 tonnes (cas des colis types C1 à C4).

La conception des alvéoles de stockage des déchets C résulte (i) de la recherche d'un environnement physico-chimique adapté aux colis (ii) du dimensionnement thermique associé à une dissipation de la chaleur par conduction dans la roche ; ce dernier conduit à limiter la charge thermique par unité de surface, non seulement à l’échelle du stockage mais également à celle de l’alvéole.

Les alvéoles de stockage des déchets C sont des forages horizontaux borgnes, d’environ 0,7 mètre de diamètre excavé. Leur longueur a été limitée à ce stade à environ 40 mètres, longueur considérée comme raisonnable au regard des techniques de construction et de manutention - voir la section 5.2. Ils sont revêtus d’un chemisage métallique qui soutient les argilites et qui permet la manutention des colis tant pour leur mise en place que leur récupération éventuelle. Ils contiennent une unique rangée de 5 à 18 colis de stockage.

Les colis caractérisés par une puissance thermique modérée peuvent être stockés côte à côte, c'est le cas des colis types C0.

Pour les colis de plus forte puissance thermique (colis type C1 à C4), on a déterminé une durée d'entreposage envisageable avant une mise en stockage, afin de limiter les perturbations thermiques.

Cette durée est de 60 à 70 ans selon les colis. Après une telle durée d'entreposage, la puissance thermique résiduelle de ces colis nécessite encore de les séparer par des intercalaires, dans une même alvéole de stockage. En tout état de cause, on n’a pas conduit à ce stade de processus d’optimisation.

Figure 2.4.6 Alvéole de stockage de déchets C vitrifiés

Lors de sa fermeture l’alvéole est scellée par un bouchon d’argile gonflante maintenu mécaniquement par un massif d’appui en béton.

Figure 2.4.7 Alvéole de stockage de déchets C scellée

2.4.2.3 Les colis de stockage et alvéoles pour combustibles usés

Les colis de stockage étudiés pour les combustibles usés comprennent une enveloppe cylindrique en acier non allié. L'épaisseur de cette enveloppe doit assurer une étanchéité durant la phase thermique.

Pour les combustibles déchargés des réacteurs électrogènes à eau pressurisée (REP), de types CU1 (UOX) et CU2 (MOX), on a retenu une durée d’étanchéité à minima de l’ordre de 10 000 ans.

L’épaisseur a été déterminée de manière conservative (environ 110 mm pour le conteneur CU1).

Le nombre d'assemblages dans chaque colis dépend du type de combustible usé, et, en particulier, de son dégagement thermique – voir la section 4.3. Pour les combustibles REP, les colis étudiés contiennent un (cas des MOX – colis type CU2) ou quatre assemblages (cas des UOX – colis type CU1). La conception du colis de stockage assure de plus la maîtrise du risque de criticité aux différentes échelles de temps. La Figure 2.4.8 illustre le plus grand colis de stockage étudié (43 tonnes, diamètre extérieur 1,3 mètre environ, longueur 5,4 mètres).

À l’instar des alvéoles de déchets C, la conception d’alvéoles pour combustibles usés est subordonnée au dimensionnement thermique. Ces alvéoles sont des tunnels horizontaux de l’ordre de 45 mètres de long contenant une unique rangée de colis de stockage voir la section 5.3 . Dans le cas des combustibles REP présentant un dégagement thermique élevé (1 000 à 1 500 watts par colis après un entreposage préalable avant stockage de 60 à 90 ans), les colis de stockage sont espacés les uns des autres par des intercalaires, et leur nombre est de trois à quatre par tunnel.

Pour l’étude d’alvéoles de stockage de combustibles usés REP, il a été retenu d’interposer, entre les colis et la formation géologique, un tampon (barrière ouvragée) à base d'argile gonflante. L’objectif est de se prémunir des incertitudes sur le comportement thermomécanique de l’alvéole, induites par une décroissance relativement lente du dégagement thermique des combustibles usés. Lorsque l'eau aura resaturé l'alvéole, cette option permet de constituer autour des colis un milieu continu de faible perméabilité, en mobilisant la capacité de certaines argiles à gonfler fortement en présence d'eau, et à accepter un taux de déformation élevé. Cette barrière limitera, localement, le transport des espèces dissoutes, et favorisera ainsi la maîtrise de l'environnement physico-chimique du combustible. Elle permet de gérer les incertitudes existant à ce stade sur l'évolution thermo-hydro-mécanique des argilites situées à proximité durant la phase thermique. Le diamètre excavé de l’alvéole correspondant à cette configuration est de l’ordre de trois mètres. La barrière ouvragée à base d'argile gonflante est pourvue d’un chemisage interne en position axiale qui permet l’introduction et le retrait éventuel des colis.

Figure 2.4.8 Alvéole de stockage de combustible usé (UOX ou MOX) en cours d'exploitation La fermeture des alvéoles de combustible usé est réalisée par la mise en place d’un bouchon d’argile gonflante, maintenue par un massif de béton.

Pour des combustibles usés qui présenteraient un dégagement thermique plus modéré (combustibles types CU3), les colis et les alvéoles de stockage seraient similaires à ceux présentés ci-dessus pour les déchets C vitrifiés.

On notera que l’étude d’une barrière ouvragée à base d’argile gonflante pour les combustibles usés REP serait transposable aux déchets C (et aux combustibles types CU3).

Figure 2.4.9 Alvéole de stockage de combustible usé scellée