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20 ans de recherches et d’expérimentations

Mécanique, thermique, chimie, hydraulique… en vingt ans, la grande variété des recherches et des expérimentations menées au Laboratoire souterrain a permis de démontrer la faisabilité du stockage profond et de bien connaître la roche argileuse et ses propriétés, puis de nourrir les études de conception de Cigéo et plus largement, de faire avancer la science. Retour en images.

Des radionucléides sous confinement

La grande majorité des éléments radioactifs (appelés radionucléides) contenus dans les déchets HA et MA-VL resteront confinés dans le stockage ou dans la roche argileuse en champ proche des ouvrages souterrains (alvéoles de stockage). Seuls quelques radionucléides, mobiles et à vie longue, comme l’iode 129 ou le chlore 36, pourront migrer dans la roche, mais de manière lente et diluée, par diffusion. Les propriétés remarquables du Callovo-Oxfordien en termes de confinement ou de limitation de la migration des radionucléides, démontrées par des travaux sur échantillons de roche carottée, sont à l’origine du choix de cette roche. Depuis la création du Laboratoire souterrain, des expérimentations sont menées, in situ, avec des traceurs faiblement radioactifs, représentatifs des radionucléides. Objectif : approfondir et conforter les résultats acquis en laboratoire de surface et évaluer précisément et sur des temps longs le confinement ou la migration des radionucléides (c’est-à-dire leur déplacement à travers la roche). Des essais qui contribuent à démontrer la sûreté de Cigéo et sa capacité à confiner la radioactivité, sur le très long terme.

DISCIPLINES ASSOCIÉES HYDROGÉOCHIMIE, RADIOCHIMIE, TRANSFERT DE SOLUTÉS EN MILIEU POREUX

Contrôler les dégagements de chaleur

Grâce à cette sonde chauffante, le démonstrateur d’alvéole HA est monté en température par paliers jusqu’à 100 °C et plus, ce qui permet d’étudier l’élévation de température sur le tubage en acier ainsi que sur la roche environnante.

Les déchets radioactifs de haute activité (HA) destinés à être stockés dans Cigéo dégageront de la chaleur. Ce dégagement diminue avec le temps et c’est pourquoi ce n’est qu’après plusieurs années d’entreposage que les déchets HA les plus chauds pourraient être stockés dans Cigéo. Comment la roche réagira- t-elle à l’augmentation de la température ? Pour y répondre, des sondes chauffantes ont été placées dans des forages pour vérifier que les propriétés de la roche restent inchangées. Par la suite, ces essais ont été réalisés dans un démonstrateur d’alvéole HA à taille réelle afin de mesurer l’évolution de la température et de la pression d’eau dans la roche ainsi que les déformations de la roche, et du chemisage (tube en acier placé à l’intérieur de l’alvéole). Autant d’informations importantes pour optimiser les caractéristiques techniques des alvéoles HA et déterminer leur espacement dans Cigéo, en assurant un écartement suffisant entre les alvéoles afin que la température au sein de la roche ne dépasse jamais 90 °C (limite retenue par l’Andra à ce stade).

DISCIPLINES ASSOCIÉES THERMIQUE, HYDROGÉOLOGIE, INGÉNIERIE

Des galeries et alvéoles bien soutenues

Mesure de la déformation de la paroi de la roche dans un démonstrateur d’alvéole HA à l’aide de cannes de convergence

Lors du creusement d’un ouvrage souterrain, apparaît un phénomène appelé convergence : la roche se déforme et a tendance à refermer très lentement l’ouvrage. Les expérimentations menées au Laboratoire souterrain ont permis de mesurer cette convergence au dixième de millimètre près. Ainsi, elle évolue principalement en fonction des directions de creusement de l’ouvrage dans la roche et des modalités de mise en place des soutènements. Pour limiter la mise en charge des ouvrages souterrains et les sécuriser, différentes méthodes de soutènement ont ainsi été testées : bétons projetés, cintres métalliques, arcs en béton préfabriqués appelés voussoirs (rigides et compressibles)… Ces nombreux essais permettent aux ingénieurs de choisir les méthodes de creusement et de soutènement les mieux adaptées à la fonction de chaque type d’ouvrage souterrain (galeries, alvéoles de stockage).

DISCIPLINES ASSOCIÉES MÉCANIQUE ET HYDRAULIQUE DES ROCHES, MÉCANIQUE DES MATÉRIAUX, INGÉNIERIE

Un laboratoire très instrumenté

Le diagraphe optique permet de mesurer la fracturation de la roche après son creusement

Chaque expérimentation au Laboratoire souterrain comporte de multiples mesures, acquises grâce à des capteurs toujours plus performants. Température, pression de l’eau, contraintes et déformations de la roche… Ces capteurs seront essentiels pour assurer la surveillance de Cigéo. Formidable outil pour tester des technologies de capteurs, domaine qui évolue rapidement (miniaturisation, méthodes de communication, composants électroniques…), le Laboratoire souterrain contribue également, pour l’Andra, à concevoir et éprouver la stratégie de surveillance de Cigéo, avec des composants robustes, économes en énergie et répartis de façon optimale.

DISCIPLINES ASSOCIÉES MÉTROLOGIE, ÉLECTRONIQUE, OPTIQUE, INFORMATIQUE, TRAITEMENT DES DONNÉES

Alvéoles HA : une multitude de démonstrateurs

Démonstrateur d’alvéole HA

Dans Cigéo, les colis de déchets radioactifs de haute activité seront stockés dans des alvéoles spécifiques, microtunnels de 60 cm de diamètre et d’au moins 80 m de long. Un tubage en acier y sera inséré (chemisage) pour introduire et éventuellement retirer des colis pendant toute la durée de l’exploitation, de l’ordre du siècle (dans le cadre de la réversibilité, prévue par la loi). Au fur et à mesure des essais menés au Laboratoire souterrain, la conception des ouvrages d’alvéoles HA a évolué, en particulier par l’introduction d’un coulis de ciment entre la roche et le tubage afin de limiter la corrosion de ce dernier. Plusieurs centaines de capteurs ont été installés sur les démonstrateurs : ils suivent notamment les déformations du chemisage et la composition de l’atmosphère. Autant de données qui permettent de prédire l’évolution à long terme des alvéoles, à l’aide des modèles numériques.

DISCIPLINES ASSOCIÉES MÉCANIQUE DES ROCHES ET DES MATÉRIAUX, CORROSION DES ACIERS, INGÉNIERIE

Choisir les bons matériaux en étudiant leur évolution au cours du temps

Matrices de verre des déchets HA, aciers des tubages des alvéoles HA, bentonite utilisée pour les scellements, bétons… Comment interagissent les différents matériaux qui vont être utilisés dans Cigéo ? Au cours des années, ils subiront corrosion, dégradation ou dissolution. Tous ces processus très lents font l’objet de nombreuses expérimentations, dont certaines durent depuis plus de dix ans. Elles permettent de s’assurer de la durabilité des matériaux qui conditionnent la longévité des installations. Elles contribuent également à préciser à quel moment, à très long terme, les radionucléides des déchets HA commenceront à migrer vers la roche.

DISCIPLINES ASSOCIÉES CHIMIE, TRANSFERT DE SOLUTÉS EN MILIEU POREUX, GÉOCHIMIE, CHIMIE DES MATÉRIAUX

Des fermetures étanches

Afin de protéger l’Homme et l’environnement des déchets radioactifs sur le très long terme, Cigéo doit être refermé et scellé une fois tous les colis stockés. Pour réaliser les scellements, il est prévu d’utiliser un matériau argileux, la bentonite. En effet, cette dernière gonfle au contact de l’eau pour former des bouchons étanches. Pour vérifier cela, de nombreux essais ont été menés, d’abord sur de petits forages de quelques centimètres de diamètre jusqu’à un démonstrateur de grande taille. Ces essais permettent de mesurer la vitesse à laquelle la bentonite se saturera en absorbant lentement l’eau de la roche, et de tester l’étanchéité de ces bouchons.

DISCIPLINES ASSOCIÉES HYDRAULIQUE, MÉCANIQUE DES ROCHES

La géosciences au cœur des activités de l'Andra 2020, une année très active au Laboratoire souterrain
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