C4 COGEMA La Hague
4.1 Les colis de stockage de déchets B
4.1.4 Variante à capacité de rétention renforcée
Comme indiqué au § 4.1.2.3 l’étude d’une variante vise à évaluer la possibilité de mobiliser à long terme la capacité de rétention du béton du colis de stockage.
Un mode de réalisation possible pour cette variante est décrit ci-après sur la base du colis type B5.2 (colis de coques et embouts et de déchets technologiques métalliques compactés) représentatif des colis de déchets B les plus actifs contenant des produits d’activation et de fission à vie longue (94Nb,
93Zr notamment).
4.1.4.1 Description
Cette variante se distingue de la précédente par l’utilisation d’une seule formulation de béton pour l’ensemble des composants du colis, l’absence d’armatures, le renforcement en fibres et un mode de fermeture spécifique. L’absence d’armature favorise la durabilité recherchée pour ce conteneur, mais implique un plus fort dosage en fibres pour assurer la résistance mécanique.
Le mode de réalisation envisagé pour cette variante comprend, comme le colis standard, un corps préfabriqué avec des logements ajustés aux dimensions des colis primaires. La fermeture est réalisée par quatre couvercles indépendants coulés dans la partie supérieure de chacun des quatre logements du corps. Préalablement au coulage du couvercle, un bouchon préfabriqué de forme conique (dont la fonction est d’obturer le jeu fonctionnel) est mis en place au-dessus du colis primaire dans chaque logement. L’utilisation de bouchons préfabriqués permet de faciliter une opération de retrait éventuel des colis primaires et assure une bonne liaison mécanique au-dessus des vides résiduels du logement.
Le corps préfabriqué et les quatre couvercles coulés sont constitués d'un même et unique béton BHP fibré inox (90 MPa minimum, voir infra). Le choix de l'inox est conservé pour limiter les risques de corrosion.
Cette variante est illustrée ci-dessous (Figure 4.1.6). Ses dimensions sont d’environ 1,50 mètre en largeur et en longueur et de 2 mètres en hauteur (colis type B5.2.). Sa masse totale (conteneur plein) est d'environ 12 t.
Figure 4.1.6 Variante de conteneur à capacité de rétention renforcée (illustration pour colis type B5.2)
Une technique alternative de fabrication du conteneur, dite « monolithe intégral », est envisageable.
Elle serait constituée d’un continuum de béton de haute performance coulé en une seule fois autour des colis primaires. L’unicité de la coulée permettrait ainsi d’éviter les discontinuités liées aux reprises de bétonnage entre le corps du conteneur et les couvercles de fermeture.
Le principe de fabrication d’un tel objet réside dans l’utilisation d’un béton dont la prise est accélérée grâce à l’utilisation d’un adjuvant adapté, et dont la résistance mécanique devient suffisante pour assurer pendant la fabrication le support des colis primaires. Les questions spécifiques à cette option de fabrication sont relatives notamment à la formulation du béton, au principe de maintien des colis et à leur bon positionnement pendant la coulée ainsi qu’à la maîtrise du retrait dit « empêché » pour éviter la formation de fissures.
Comme indiqué plus haut, l’agence Japonaise RWMC a étudié une solution de ce type et a réalisé avec succès un démonstrateur à l’échelle ¼ avec un panier métal parallélépipédique. Le béton utilisé est du type BFUP Ductal®.
4.1.4.2 Capacité de rétention renforcée
Pour mobiliser de façon durable une capacité de rétention du béton, il est nécessaire de définir un béton présentant de très bonnes propriétés intrinsèques en termes de compacité, mais aussi de maîtriser l’état de fissuration associé aux conditions de préfabrication et de fermeture du colis.
En termes de matériau, la formulation du béton envisagée vise des performances élevées (une perméabilité inférieure à 2.10-13 m/s, un coefficient de diffusion inférieur à 2.10-13 m²/s et une porosité de 10 % au plus). Une épaisseur de 150 mm est retenue.
Une attention particulière doit être apportée sur la jonction au niveau de chaque logement entre le corps du conteneur et le béton coulé en deuxième phase. Des dispositions de conception ont été étudiées pour assurer une bonne liaison corps/couvercle : limitation du diamètre des couvercles coulés, réduisant un retrait éventuel générateur de microfissuration, forme circulaire évitant les zones singulières, choix du profil de l’interface s'appuyant sur le retour d'expérience de colis existants (colis de déchets de faible et moyenne activité stockés au Centre de l'Aube). Un programme d’essais sur cette jonction est en cours en 2005 pour vérifier qu’elle ne constitue pas une zone de faiblesse.
4.1.4.3 Dimensionnement mécanique
Par rapport au colis standard, l'abandon de toute armature réduit la capacité de résistance à la traction, qui devient la caractéristique la plus contraignante pour le dimensionnement. Il convient donc d'une part de limiter les sollicitations en traction susceptibles de créer des fissures ou de les propager, et d'autre part de renforcer les caractéristiques intrinsèques du béton fibré en augmentant le dosage en fibres (entre 55 kg/m3 et 90 kg/m3 suivant le type de fibres choisi) et la compacité du béton. Une tenue minimale de 5 MPa en traction/flexion est ainsi visée.
Le principe des logements avec couvercle individuel coulé offre une structure adéquate qui limite les sollicitations en traction dans le béton (limitation de l'amplitude et de l'étendue de la zone soumise aux efforts de traction au-dessus du logement de colis).
Le dimensionnement mécanique est fondé sur un cas de charge de pression qui s’appliquerait uniformément sur le conteneur. La mise en charge des conteneurs de stockage sera de fait progressive sur le long terme, en fonction de l'évolution du revêtement de l'alvéole et du fluage de l’argilite. Une valeur de pression isotrope de 12 MPa est retenue pour le dimensionnement du colis. Cette valeur est considérée comme enveloppe du chargement uniforme qui pourra s'appliquer à long terme28.
Le calcul de dimensionnement a été réalisé en s'appuyant sur les règles de l'Eurocode 2 [45], notamment concernant le choix des facteurs de sécurité pénalisants permettant de prendre en compte les défauts géométriques et les tolérances d’exécution des conteneurs auxquels s’ajoute un coefficient de sécurité supplémentaire (coefficient de vieillissement) qui prend en compte la dégradation du béton sur le long terme [41].
L'application de ces conditions très sévères pour les contraintes de compression et de traction conduit à privilégier un béton de haute performance (BHP) de résistance à la compression portée à 90 MPa, afin de vérifier le respect du critère avec marge en traction et compression en tout point. La valeur élevée de la contrainte de dimensionnement retenue (12 MPa) conduit à augmenter l’épaisseur des cloisons internes (220 mm) et des parois externes (150 mm déjà spécifié pour retarder les radionucléides) par rapport au colis de stockage standard (cloisons internes et parois latérales de l’ordre de 110 mm) de façon à renforcer la résistance mécanique de la structure. Cet élément conforte le choix de couvercles individuels qui permet de réduire la portée du couvercle au-dessus des logements.
28 Pour ce cas de charge, les sollicitations engendrées au moment de la mise en place des colis par le défaut d’alignement de 20 mm évoqué au paragraphe précédent apparaissent négligeables par rapport aux 12 MPa qui s’exercent à long terme.