RFS III.2.f. La barrière géologique : critères techniques de choix de site
4. La transposition des résultats du
laboratoire à une plus grande échelle
L’étude de l’impact de la construction et de l’exploitation d’un éventuel stockage sur la formation-hôte, notamment des perturbations que pourraient induire les différentes sollicitations (thermiques, mécaniques, géochimiques, hydrauliques, hydriques), a été principalement menée sur le site du laboratoire souterrain grâce aux expérimentations et aux prélèvements d’échantillons.
Les nombreuses données détaillées obtenues sur le site du laboratoire de Meuse/Haute-Marne (notamment sondages et sismique 3D sur une emprise de 4 km2) et la connaissance géologique du secteur d’étude permettent une première évaluation de la capacité de la couche du Callovo-Oxfordien et de son environ-nement géologique à accueillir un éventuel stockage de déchets radioactifs.
C’est dans cette optique qu’a été développée la démarche de transposition qui vise à définir un domaine géographique que l’on peut considérer géologiquement équivalent au site du laboratoire souterrain, tant du point de vue des propriétés de confinement de la formation que des caractéristiques des perturbations qu’engendrerait un stockage.
4.1 Les fondements de la démarche de transposition
Pour définir la démarche de transposition, on s’intéresse aux différentes caractéristiques de la couche du Callovo-Oxfordien qui contribuent à sa capacité de confinement. Celles-ci doivent être abordées à l’échelle de la couche dans son ensemble, de sa géométrie (épaisseur) et des facteurs qui pourraient nuire à son homogénéité (lacunes sédimentaires, failles transmissives).
A cette échelle, on doit également prendre en compte les facteurs géométriques qui seraient susceptibles de faire varier son comportement vis-à-vis d’un éventuel stockage, c’est le cas de la profondeur qui influe sur le comportement mécanique.
Les capacités de confinement doivent être également abordées au niveau de l’agencement fin des consti-tuants de la couche qui lui confèrent ses propriétés de transport et de rétention.
A l’échelle de la formation toute entière, c’est avant tout l’homogénéité de la couche, à la fois dans la distri-bution verticale des niveaux et leur continuité latérale, qui doit être examinée. Les failles sont susceptibles d’interrompre la continuité des couches sédimentaires ou d’en modifier les propriétés « en grand », essentiellement la perméabilité. L’extension de la zone de transposition doit donc exclure les failles identifiées.
Il faut aussi prendre en compte les variations d’épaisseur brutales, potentiellement liées à une faille, et les absences de corrélation significative entre niveaux identifiés, qui peuvent correspondre à d’importantes lacunes de sédimentation.
L’épaisseur de la couche sur la zone de transposition doit également être supérieure ou égale à celle observée sur le site du laboratoire (plus l’épaisseur est importante et plus les capacités de confinement sont élevées) et sa profondeur ne doit pas excéder une limite au-delà de laquelle des critères de résistance géomécanique ne pourraient plus être satisfaits.
A l’échelle des minéraux et de leur agencement dans la roche, les propriétés de confinement des argilites du Callovo-Oxfordien résultent, comme pour tout autre matériau :
- d’une part, des propriétés intrinsèques des différents constituants, donc de leurs proportions relatives et de leur répartition dans la roche (par exemple, la conductivité thermique de l’argilite dépend de la proportion de grains de quartz et de calcite qui sont bons conducteurs de chaleur, mais aussi de la manière dont ils se
3
Le milieu géologique : le site de Meuse/Haute-Marne
- d’autre part, de la géométrie des pores de la roche qui conditionne les possibilités de déplacement de l’eau ou des éléments chimiques en solution dans celle-ci. Cette géométrie est due à l’agencement des minéraux qui composent la roche au moment de leur dépôt et aux processus diagénétiques survenus durant l’histoire géologique postérieure, notamment les phénomènes de colmatage. On recherche donc ce qui, en termes de conditions de dépôt et de diagenèse, pourrait faire varier spatialement la géométrie des pores de la roche (répartition des minéraux, façon dont ils se sont déposés, changement de nature ou d’intensité des colmatages…).
Définir un domaine géographique géologiquement équivalent au site du laboratoire souterrain, revient alors à connaître les conditions d’environnement qui ont présidé à la nature des minéraux constituant la formation du Callovo-Oxfordien, à leur agencement et à la géométrie de la porosité à toutes les échelles. On dispose autour du laboratoire souterrain d’une exploration détaillée sur une zone géographique couvrant environ 700 km2 grâce aux profils sismiques 2D et aux forages pétroliers, aux forages réalisés entre 1994 et 1996, à la campagne de forages (FSP) de 2003 et aux travaux cartographiques de surface. Les études géologiques menées depuis 1994 permettent ainsi de déterminer les zones où ces conditions peuvent conduire à des situa-tions notablement différentes de celles du laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne.
4.2 Les possibilités actuelles de transposition
Les travaux de reconnaissance géologique ont établi une cartographie précise des failles. Si on exclut les grandes structures tectoniques (failles de la Marne, fossé de Gondrecourt…) qui bordent la zone reconnue, aucune faille importante à déplacement vertical n’a été mise en évidence dans la formation du Callovo-Oxfordien, ni dans les horizons sus-jacents de l’Callovo-Oxfordien, ni dans la partie supérieure du Dogger sous-jacent dans la moitié septentrionale de la zone reconnue (700 km2). La zone de transposition exclut ainsi les abords des grands accidents reconnus à l’est et à l’ouest du secteur.
Comparaison de diagrapraphies obtenues en forages sur le site (EST 210) et à l’échelle du secteur, montrant la bonne corrélation des différentes séquences du Callovo-Oxfordien
Au regard de l’épaisseur de la formation, une cartographie précise de la formation du Callovo-Oxfordien définit clairement ses limites hautes et basses, très facilement repérables sur les données sismiques. Les différents forages ont confirmé cette cartographie :
- en partant du site du laboratoire souterrain, l’épaisseur de la formation du Callovo-Oxfordien augmente en allant vers le nord-est du secteur étudié, du fait des conditions de dépôt des argilites, ce qui accroît la capacité de confinement,
- la profondeur du milieu de la formation (- 490 m dans le laboratoire souterrain) diminue légèrement sur une petite zone à l’est et au sud du laboratoire (les perturbations mécaniques y seraient moins fortes) et augmente sur le reste de la zone géographique reconnue, sans toutefois que les perturbations mécaniques changent de nature tant que la profondeur reste inférieure à - 630 m, profondeur retenue pour garantir un comportement mécanique analogue à celui déterminé sur le site du laboratoire souterrain (cette profondeur est atteinte dans l’angle nord-ouest du secteur, grossièrement limité au sud par le Val d’Osne et à l’est par la vallée de la Saulx).
Pour la minéralogie, les diagraphies effectuées dans tous les forages de la zone reconnue ont repéré, comme dans les forages du laboratoire souterrain, les trois mêmes séquences de sédimentation dans la formation, ce qui permet d’assurer la représentativité du laboratoire souterrain par rapport à une large zone géographique.
Elles montrent également que les différents niveaux du Callovo-Oxfordien sont corrélés sur de grandes distances (plusieurs dizaines de kilomètres) et que leur agencement n’est pas perturbé par des variations de faciès ou des lacunes de sédimentation susceptibles de modifier leurs propriétés hydrauliques.
Les conditions de dépôts et de diagénèse ayant été relativement uniformes, l’arrangement des minéraux varie peu, ce qui conduit à une géométrie de la porosité, donc à une perméabilité et à des vitesses de diffusion, relativement constantes sur la majeure partie du secteur étudié.
Au final, l’ensemble des résultats de ces études délimite un domaine géographique, géologiquement équivalent au site du laboratoire souterrain, d’environ 200 km2au nord et à l’ouest du laboratoire souterrain.
3
Le milieu géologique : le site de Meuse/Haute-Marne
Localisation de la zone de transposition du site de Meuse/Haute-Marne et position des forages réalisés par l’Andra sur le secteur