Cigéo: étudier la diffusion des radioéléments dans la roche
L’Andra mène des recherches actives pour garantir les bonnes capacités de confinement de la roche, dans le cadre du projet Cigéo. À cette fin, il est nécessaire de comprendre comment les radioéléments présents dans les colis de déchets se diffuseront dans la roche du futur centre de stockage géologique profond, si celui-ci est autorisé.
Le projet Cigéo vise à stocker dans une couche géologique profonde les déchets hautement radioactifs. Sa sûreté à long terme repose ainsi sur plusieurs barrières, notamment les colis dans lesquels seront conditionnés les déchets, et surtout la roche argileuse dans laquelle est implantée l’installation. En effet, au bout de plusieurs centaines d’années, les colis de déchets se dégraderont et commenceront à relâcher très progressivement des éléments radioactifs. La couche géologique prendra le relais en piégeant la plupart de ces éléments ou en ralentissant le déplacement des plus mobiles.
La migration des radioéléments
Au sein de la roche argileuse, les flux d’eau sont extrêmement faibles et la migration des radionucléides s’effectue par diffusion. Ils peuvent également être retenus sur les différents minéraux constituant la roche. Pour mieux comprendre la manière dont diffuseront les radioéléments, l’Andra a mené jusqu’en 2009 une expérience in situ baptisée « Diffusion de traceurs inertes et réactifs » (DIR) au sein du Laboratoire souterrain de recherche de Meuse/Haute-Marne. Le principe : injecter des radioéléments dans des forages verticaux et observer leur diffusion. Cette expérience a permis de démontrer que le comportement des éléments radioactifs dépendait presque intégralement de leur charge (lire plus bas).
Plus précisément : les cations ont une migration ralentie grâce aux interactions avec les minéraux argileux, tandis que les anions sont freinés dans leur diffusion car repoussés des surfaces argileuses. « Au final, cette expérience a démontré les bonnes capacités de confinement de la couche géologique », explique Myriam Agnel, ingénieure expérimentations en géochimie à l’Andra. Les résultats de cette première expérimentation in situ seront affinés par une nouvelle expérimentation nommée « Diffusion radionucléides » (DRN), qui devrait s’étaler sur une dizaine d’années. « Son objectif est de compléter l’expérimentation DIR en affinant la précision de certains paramètres. »
Des mesures 3D en temps réel
Dans cette expérience, les forages sont réalisés horizontalement dans la roche, et les distances de diffusion étudiées sont plus importantes. « La diffusion des radionucléides est mesurée et étudiée dans toutes les directions : verticalement, et horizontalement. » Enfin, les mesures sont acquises en temps réel, grâce à des capteurs placés à proximité du forage contenant les radioéléments. « Trois essais ont été prévus dans une galerie du Laboratoire souterrain », précise Myriam Agnel. « Ils correspondent à l’étude de radioéléments distincts, représentatifs du comportement des différents radionucléides, pour observer leur diffusion : le sodium 22, le chlore 36, l’eau tritiée (eau contenant de l’hydrogène radioactif) et l’uranium. »
Le 24 novembre 2021, les équipes ont notamment réalisé l’injection de deux traceurs radioactifs (le sodium 22 et l’eau tritiée). Pour ce projet, l’Andra travaille en étroite collaboration avec les chercheurs du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Les deux organismes ont développé l’expérimentation et son dimensionnement, grâce notamment aux modélisations du CEA. Deux entreprises sont également impliquées dans ce projet : Solexperts, pour l’équipement des forages, et la startup Axint pour le développement des capteurs de rayonnement.
Comprendre la charge des éléments
Les atomes, qu’ils soient radioactifs ou non, peuvent être chargés positivement, négativement, ou être neutres selon le nombre de protons ou d’électrons qu’ils possèdent. Les cations sont ainsi chargés positivement, et les anions, négativement. Ils interagissent donc de façon différente avec l’argile, dont les surfaces de la porosité sont chargées négativement.