Le Laboratoire souterrain

Le réseau de galeries du Laboratoire souterrain, situé à 445 et 490 mètres de profondeur, permet aux scientifiques de mener études et essais nécessaires au projet Cigéo.

Un outil scientifique unique pour concevoir un stockage réversible profond

Creusé à partir de 2000, le Laboratoire souterrain constitue un atout scientifique exceptionnel pour l’Andra. Il permet l’observation et la mesure in situ des nombreuses propriétés de l'argile du Callovo-Oxfordien, tout comme la mise au point de techniques d’ingénierie (creusement – soutènement).

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En un clic : passez de votre ordinateur à -490 mètres de profondeur

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L'architecture du Laboratoire souterrain

Le site du Laboratoire souterrain se compose :

d'installations en surface (locaux administratifs, ateliers, laboratoires et bâtiment d'accueil du public), sur une superficie d'environ 17 hectares,
de deux puits d'accès de 4 et 5 mètres de diamètre,
2 000 mètres de galeries souterraines exploitées à 445 et 490 mètres de profondeur, implantées directement dans la couche argileuse du Callovo-Oxfordien.

Plan des installations souterraines du Laboratoire.

Qu’est-ce que le Callovo-Oxfordien ?

Le Callovo-Oxfordien est une roche argileuse. Née il y a environ 160 millions d’années, elle est stable depuis cette époque.

Carte de visite du callovo-oxfordien

Des expérimentations pour concevoir un stockage sûr à long terme

Les expérimentations souterraines

Les expérimentations scientifiques, menées en collaboration avec de nombreux partenaires français (BRGM, CEA, CNRS...) et internationaux (homologues suédois, belges, suisses...) permettent d'étudier au cœur de la roche et en temps réel le milieu géologique. L'objectif des expérimentations est, d'une part, d'éprouver la capacité de confinement de la roche argileuse et d'autre part, de compléter les données déjà acquises à partir d'échantillons sur ses caractéristiques mécaniques, thermiques, géochimiques et hydrauliques. Ainsi les scientifiques étudient les réactions de la roche aux perturbations que provoquera le stockage, notamment sont creusement et son échauffement.

Parallèlement, des essais techniques sont réalisés afin de tester des méthodes pour le creusement, la construction et la fermeture des alvéoles de stockage.

Enfin, les galeries du Laboratoire souterrain servent également à expérimenter des dispositifs (capteurs, ...) qui pourraient être utilisés pour observer et suivre l'évolution du stockage lors de son exploitation.

Soudure sur démonstrateur d’alvéoles de stockage de déchets radioactifs de haute activité (HA)

Plus précisément, depuis 2005, les expérimentations permettent aux scientifiques de recueillir des données de nature géomécanique, géochimique et thermique. Ces différentes mesures ont nécessité l'instrumentation de la roche, c'est-à-dire la réalisation de plus de 700 forages, directement à partir des galeries expérimentales, et l'installation de plus de 11 000 capteurs de mesure installés dans les galeries, dans les puits et en surface.

Jusqu'en 2006, ces expérimentations portaient principalement sur :

la caractérisation de l'eau contenue dans la roche;
le comportement mécanique de la roche après creusement;
le comportement thermique de la roche suite à un échauffement (qui serait induit par les colis HA au sein de l'argilite);
les propriétés de diffusion et de rétention des éléments radioactifs.

Le saviez-vous ?

Destinée aux études scientifiques et techniques, le Laboratoire souterrain ne contient pas de déchets radioactifs et, conformément à son décret d’autorisation, aucun déchet ne pourra jamais y être stocké.

Suite à la loi de 2006 demandant à l'Andra de concevoir et d'implanter un stockage, le Centre de Meuse/Haute-Marne entre dans l'industrialisation du projet Cigéo. De nouvelles expérimentations techniques et scientifiques ont été installées et portent sur :

L'étude de l'évolution de comportement de la roche après creusement;
Le test de nouvelles techniques de creusement (machine à attaque ponctuelle depuis 2009 et tunnelier à attaque ponctuelle en 2013);
Les essais de creusement d'alvéoles de stockage pour les déchets HA;
Le comportement des matériaux dans la roche (verre, acier, béton);
Les interactions entre les matériaux et la roche;
Les expérimentations scientifiques réalisées avant 2006 se poursuivent et se complexifient (essais de thermique avec trois résistance chauffantes espacées afin de simuler les alvéoles HA, essais de diffusion de traceurs radioactifs dans l'argilite…).

Les expérimentations scientifiques et techniques se poursuivront au-delà de la mise en exploitation du stockage.

Le laboratoire en chiffres

points de mesure

organismes ou établissements universitaires partenaires

groupements de laboratoires associant plus de 80 laboratoires et organismes de recherche.

Grandes familles d'expérimentations - quelques exemples

Machine à attaque ponctuelle utilisée dans le laboratoire

La réaction de la roche au creusement

Le creusement des puits a été l'une des premières expérimentations. Il a été réalisé à l'aide d'explosifs tandis que celui des galeries a été effectué à l’aide d’un brise-roche hydraulique, machine qui agit à la manière d’un marteau piqueur de grande taille. Il a permis de vérifier, mètre après mètre, si les couches géologiques traversées étaient bien régulières et n'avaient pas été altérées par des phénomènes naturels, comme des séismes ou des glaciations.

Des capteurs placés dans des forages de 10 à 30 mètres mesurent en continu pendant et après le creusement, les déformations et les fissures qui apparaissent à proximité d’une zone creusée. Ces informations permettent d’obtenir une cartographie de l’endommagement de la roche. Ces zones endommagées ont pour conséquence d’augmenter localement la perméabilité de la roche. Pour refermer ces fissures provoquées par le creusement et interrompre les éventuelles circulations d’eau dans ces zones, des tests ont démontré l’efficacité d’un bouchon réalisé avec de l’argile gonflante (bentonite).

D’autres expérimentations ont aussi révélé cette caractéristique remarquable que possède la roche argileuse de s’autocolmater progressivement grâce au gonflement d’une partie des minéraux qu’elle contient. Les zones endommagées par le creusement sont suivies régulièrement pour connaître leur évolution dans le temps et en fonction de l’orientation des galeries.

Les effets de la chaleur sur la roche

Les déchets radioactifs de haute activité dégagent de la chaleur qui diminue au fil du temps avec la décroissance radioactive. Pour représenter cet effet thermique et analyser ses éventuelles conséquences sur les propriétés de la roche, des sondes chauffantes y ont été placées.
Les études ont conduit l'Andra à fixer la température maximum des colis qui seront au contact de la roche à 100°C. Pour atteindre cette température, les colis de déchets de haute activité devront donc refroidir pendant au moins une soixantaine d’années avant leur stockage, dans des entrepôts sur leur lieu de production. Le nombre de colis de déchets par alvéole, les dimensions des alvéoles et leur espacement ont été calculés pour répartir la charge thermique afin qu'elle soit toujours inférieure à 100°C.

Des essais de creusement des alvéoles de stockage pour les déchets de haute-activité

Le concept de stockage de référence pour les déchets HA est celui d’une alvéole horizontale d’environ 70 cm de diamètre où seront placés les conteneurs qui renferment les colis de déchets radioactifs. Des essais pour creuser les alvéoles sont réalisés à l’aide d’une machine appelée microtunnelier. L’objectif est de définir comment les creuser, quels matériaux utiliser pour leur revêtement…

Ce sont les premiers éléments du stockage testés à taille réelle.

Les interactions entre la roche et les matériaux du stockage

Des matériaux différents seront utilisés dans le stockage : du verre et de l’acier pour les colis de déchets de haute activité, du béton pour les colis de déchets de moyenne activité à vie longue, de l’argile gonflante (bentonite) pour fermer certaines parties du stockage...

Des expérimentations sont mises en place pour s’assurer que ces matériaux n’altèrent pas les propriétés de confinement de la roche.

La capacité de la roche à retenir les substances radioactives

Les recherches portent notamment sur l’étude de la composition de l’eau contenue dans l’argile, les mouvements de cette eau et des essais de diffusion, c’est-à-dire l’étude du déplacement des substances radioactives dans la roche.
Les analyses chimiques de l’eau sont nécessaires car avec le temps, l’eau corrodera les conteneurs et favorisera le relâchement des substances radioactives dans la couche de roche argileuse.

Les mesures de perméabilité dans la roche ont confirmé que les mouvements de l’eau étaient extrêmement lents, quelques centimètres tous les 10 000 ans.

Les mesures de diffusion ont pour but d’estimer le temps de parcours des éléments radioactifs dans la roche. Réalisées à l’aide d’une solution injectée dans la roche qui contient de très faibles quantités de traceurs radioactifs (naturels ou utilisés en médecine), elles ont démontré que la plus grande partie des substances radioactives sont fixées dans la roche. Les plus mobiles se déplacent très lentement au cœur de la roche, par simple différence de concentration, comme le thé qui infuse dans l’eau.

Instrumentation de l'essai de scellement installé en 2013 au Laboratoire

Scellement des galeries

Un prototype de fermeture de galerie est à l’étude. Il consiste à introduire dans la galerie de la bentonite, argile connue pour son important pouvoir d’absorption, et à l’hydrater pour qu’elle gonfle. Les scientifiques vont ensuite s’intéresser au comportement du bouchon ainsi formé, c’est-à-dire vérifier que sa perméabilité est suffisamment faible et que son contact avec la roche assure l’étanchéité.