87
Source : AIE L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS

Source : AIE

  • Upload
    linh

  • View
    45

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS. Source : AIE. 55 Mtoe = 640 TWh. L’ÉVOLUTION PRÉVUE. Source : AIE. Enrichissement. Fabrication du combustible. Énergies renouvelables. Réacteurs. Chimie. Recyclage fabrication du combustible MOX. Traitement du combustible usé. Services. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Source : AIE

Source : AIE

L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS

Page 2: Source : AIE

55 Mtoe= 640 TWh

Page 3: Source : AIE
Page 4: Source : AIE

Source : AIE

L’ÉVOLUTION PRÉVUE

Page 5: Source : AIE
Page 6: Source : AIE

AUTRES SOURCESDE PRODUCTIOND’ÉNERGIE

Transmission

Énergiesrenouvelables

Réacteurs

Fabricationdu combustible

Enrichissement

Chimie

Traitement du combustible usé

Recyclagefabrication du combustibleMOX

Services

Pôle Amont

Pôle Réacteurs et Services

Pôle Aval

Pôle Transmission & Distribution

Distribution

Page 7: Source : AIE

Introduction7 7

Offre et demande d’Uranium

En 2015, près de 60% de la production primaire devra être assurée par des capacités nouvelles

Équilibre offre – demande

0

10000200003000040000

50000

6000070000

8000090000

1980

1983

1986

1989

1992

1995

1998

2001

2004

2007

2010

2013

2016

2019

Déstockages HEU

Production primaire

Besoins Réacteurs

Source: AREVA

Page 8: Source : AIE

Introduction8 8

Les acteurs majeurs de la production d’uranium représentent 3/4ème de la production mondiale

Chiffres 2007

Page 9: Source : AIE

Introduction9 9

Des objectifs ambitieux

Doubler la productionDevenir premier fournisseur mondial

Page 10: Source : AIE

Introduction10 10

AREVA est présent sur les zones clés

Canada Kazakhstan

Gabon

Niger

Mongolia

USA

Germany Russia

Offices

Mines operating

Mining projects under developmentExploration Mines reclamation

Australia

France

Finland

NamibiaSouth Africa

CAR

Senegal

Page 11: Source : AIE
Page 12: Source : AIE

INFLUENCE DE LA CONGÉLATION DES TERRAINS SUR LA STABILITÉ

DES OUVRAGES

Mines d’uranium de McArthur River et Cigar Lake, Canada.

Jean-Félix HUBERT

Travail d’option encadré par A. REJEB (AREVA NC, DRD) et M. HADJ-HASSEN (ENSMP)

Page 13: Source : AIE

Le bassin d’Athabasca

Situation géographique

Cluff Lake

McClean Lake

Key Lake

Rabbit Lake

WollastonLake

Midwest

SASKATCHEWAN

ALBERTA

Athabasca Lake

N

AthabascaSandstone

Basin

600 km

McArthur RiverCigar Lake

Page 14: Source : AIE

Le bassin d’AthabascaGéologie des gisements

Page 15: Source : AIE

McArthur River : méthode d’exploitation

Amas

Profondeur :~530 m

Tonnage :~180 kt U308 (12/2006)

Teneur :21 %

Production (2004) :

8,4 kt U308(~20 % du

total)

Page 16: Source : AIE

McArthur River : méthode d’exploitation

Ore zone Pilot hole

Reaming head

Profondeur :

530 m

Profondeur :

640 m

Raiseboring :

Trou pilote

Alésage

Comblement

Radioactivité

Page 17: Source : AIE

AlésageSource : Zakariae EL MARZOUKI (Travail

d’option 2007)

Page 18: Source : AIE

McArthur River : méthode d’exploitation

Ore zone Pilot hole

Reaming head

Profondeur :

530 m

Profondeur :

640 m

Raiseboring :

Trou pilote

Alésage

Comblement

Page 19: Source : AIE

Cigar Lake : méthode d’exploitation

Tonnage : ~100 kt U308Teneur : 20,7 %

Production prévue : 8 kt U308 /an

Lentille

Contact avec

l’aquifère

Profondeur :

465 m

Page 20: Source : AIE

Cigar Lake : méthode d’exploitation

Tunnelier

Jetboring :

Forages

Abattage : eau sous pression

Comblement

Niveau de congélation

Page 21: Source : AIE

Cigar Lake : historique Début des années 1980 :

reconnaissances. 89-90 : 1er puits. 91-92 :1ers essais miniers. Creusement du 2e puits. 1999 : incident au niveau 465, perte du

tunnelier. Septembre 2006 : reprise du

creusement. Octobre 2006 : ennoyage.

Page 22: Source : AIE

La technique de congélationDouble rôle :

Constitution d’une barrière étanche.

Renforcement de la roche.

Page 23: Source : AIE

La technique de congélation

150 kPa 600 kPa , -30°C 5000

kPa -36°C

100500 m3/h

Page 24: Source : AIE

La technique de congélationÀ McArthur River : murs de congélation

Page 25: Source : AIE

La technique de congélation

Page 26: Source : AIE

La technique de congélationÀ Cigar Lake

Page 27: Source : AIE

Cadre et objectif du travailComment déterminer l’influence de la

congélation sur la stabilité des ouvrages ?Problème thermique,

problème mécanique. Quels modèles adopter ?

Acquisition et analyse de données in-situ.

Développement et validation d’une approche de

modélisation

Répondre aux exigences opérationnelles les plus urgentes d’AREVA

Page 28: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 29: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 30: Source : AIE

I. Synthèse des travaux antérieurs

Bibliographie :- études sur Cigar Lake et Mc Arthur River modèles et données.

- P. Berest, Ph. Weber (coordinateurs), 1988, La thermomécanique des roches, BRGM. École d’été de thermomécanique des roches H. Côté, 2003, Comportement thermo-hydro-mécanique des géomatériaux poreux: approches expérimentales et numériques. Thèse de l’Université catholique de Louvain.

Déplacement au Canada et contacts

Page 31: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 32: Source : AIE

Phénomènes physiquesLa congélation provoque :

Changement de phase

Variation des caractéristiques thermiques et mécaniques : dilatation / contraction, fracturation thermique.

Mouvements d’eau (succion cryogénique)

Page 33: Source : AIE

Phénomènes physiquesOn fait les hypothèses suivantes :

Le changement de phase est isotherme : on ne tient pas compte de l’eau non-gelée pour T < 0°C.

Il n’y a ni drainage ni succion cryogénique.

Page 34: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 35: Source : AIE

Les données disponibles Parmi plusieurs sources on en retient 2 : 1

par mine.

Cigar Lake : étude de Golder en 2000.

McArthur River : mémoire de Master de T. Smith en 2005

Page 36: Source : AIE

Données : Cigar Lake Terrains non congelés : Essais en

laboratoire C, Φ, E, n, UCS pour grès, argile, socle.

Terrains congelés :

Page 37: Source : AIE

Données : Cigar Lake- Cellules de mesure de la pression radiale.- Mesure de la convergence- Cellules de mesure de la déformation longitudinale.Contrainte radiale dans le soutènement (O.G. : 4 MPa)

Convergence (O.G. : 35 mm)

Moment fléchissant

Page 38: Source : AIE

Données : Cigar LakeMesures : Excavation dans le terrain non-congelé. Congélation

Difficultés : La convergence résulte à la fois de la

congélation et de l’excavation. Manque de fiabilité des mesures.

Asymétrie.

Page 39: Source : AIE

Données : McArthur RiverÉtude de cas n°1 du mémoire de Master

de T. Smith.

0 5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

120

140

160

Courbes intrinsèques Non congélé Congélé

Confinement en MPa

Rési

stan

ce tr

iaxi

ale

en M

Pa

Très peu de mesures : 2 essais en compression

simple.

Estimation des paramètres grâce à la

littérature.

Page 40: Source : AIE

Données : McArthur RiverRecoupe de congélation, pendant la congélation

Faisceau de tuyaux de

congélation

Page 41: Source : AIE

Données : McArthur River

Coupe BThermocoupleExtensomètres : M903-01, M903-02

Page 42: Source : AIE

Données : McArthur River

Les courbes sont dans

l’ordre.

Page 43: Source : AIE
Page 44: Source : AIE

Données : McArthur River

0 20 40 60 80 100 120 140 160-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Extensomètre M903-10

6m

Temp

Temps en jours

Dépl

acem

ent e

n m

m

Corrélation entre la diminution de température et l’augmentation de la déformation.

Page 45: Source : AIE

Données : McArthur River

Fissure dans le béton projeté.

Page 46: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 47: Source : AIE

Modèles existantsCigar Lake Modélisation thermique, Geoslope

(2004) Rapport de Parsons-Brinckerhoff (1999) Rapport de Golder (2000)

Mc Arthur River Mémoire de MSc, T. Smith (2006)

Page 48: Source : AIE

Calculs mécaniques Calcul thermique préalable.

Objectifs : obtenir les champs de déplacement et de contraintes revêtement.

Hypothèses sur la congélation : isotherme, sans drainage

Thermoélasticité. Géométrie : plane ou axisymétrique.

Page 49: Source : AIE

Calculs mécaniques

Prise en compte du gonflement lors de la transition eau glace :

On introduit la valeur du gonflement selon T calcul compliqué avec le logiciel utilisé (PB)

ou Séparer les phénomènes (Golder)

Page 50: Source : AIE

Golder (2000)

Page 51: Source : AIE

Calculs mécaniques

Résultats :

Diminution de la variation de la contrainte avec la distance.

Zone d’influence ~ 20 m. Fortes contraintes dans le revêtement en

béton (résistance > 110 MPa)

Page 52: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 53: Source : AIE

Principe général Calcul thermique avec CHEF (logiciel de

calcul par éléments finis)

Transformation des résulats pour obtenir le gonflement.

Gonflement utilisé par le logiciel VIPLEF.

Interprétation et comparaison avec les données expérimentales.

Page 54: Source : AIE

Principe général

Tuyau de congélati

on(30 m)

6 m 300 m

300 m

Conditions initiales :T homogène = Tmax = 15°C

Conditions aux limites : - Tmax à l’infini- T imposée sur le tuyau, qui décroît de Tmax à Tmin=-30°C

Durée :2 ans.

Tmax

Tmax

Tmin

Page 55: Source : AIE

Principe général : thermiqueConductivité thermique variable.Capacité thermique variable : Capacité pour la roche gelée / non gelée Chaleur latente absorbée entre 0°C et

1°C

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50

2

4

6

8

10

12

Capacité thermique

Page 56: Source : AIE

Principe général : thermique

Page 57: Source : AIE

Principe général : mécanique Calcul du gonflement : expansion de la

glace et contraction de la roche. Isotrope. Fourni directement à VIPLEF.

Calcul mécanique en élasticité linéaire.

Conditions aux limites : déplacement nul à l’infini.

Page 58: Source : AIE

Principe général : mécanique

UV

Page 59: Source : AIE

Principe général : mécanique

Gonflement, puis

compression

ConvergenceInfluence à distance du front de gel

Page 60: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 61: Source : AIE

Cas réel : McArthur River

Coupe B

Page 62: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 63: Source : AIE

Cas cylindrique et plan Cylindrique

Plan

Timp

Timp

Tmax

Tmax

Tmax

Timp = -12°C

Tmax = 9°C

Page 64: Source : AIE

Cas cylindrique et plan Régime transitoire Comparaison de la taille de la zone gelée

avec des propriétés similaires.

Zone gelée plus étendue pour le cas plan

Page 65: Source : AIE

Cas cylindrique et plan Introduction d’un coefficient

d’ajustement α tel que :

Les deux zones gelées ont la même taille après un temps donné

Page 66: Source : AIE

Cas cylindrique et planValeurs retenues

0 50 100 150 200 250 3000

102030405060

Coefficient d'ajustement

Alpha

Temps (j)

Coeffi

cien

t al

pha

Page 67: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 68: Source : AIE

Cas réel de McArthur River

TH-20

Page 69: Source : AIE

T : Influence et choix de α

3 m

α = 27

Page 70: Source : AIE

T : Influence et choix de α

18 m

Page 71: Source : AIE

Carte des températures

Durée : 120 jours

TH-20

α = 27

Page 72: Source : AIE

Calcul mécanique

Poussée du mur de congélation

α = 27

Page 73: Source : AIE

Calcul mécanique

α = 27

Gonflement

Déplacement à la paroi 10 cm.

Page 74: Source : AIE

Calcul mécanique

α = 27

Page 75: Source : AIE

Déplacement : M903-02

1 m

Aucune cohérenc

e

Page 76: Source : AIE

Déplacement : M903-02

2 m

Allure comparab

le

Page 77: Source : AIE

Déplacement : M903-02

5 ml’écart d’amplitude diminue encore.

L’allure présente des similitudes, mais sans certitude

Tendance générale ?

Page 78: Source : AIE

PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs

• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants

II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :

- Comparaison axisymétrique / plan

- Comparaison des résultats avec les données de site

Conclusions et perspectives

Page 79: Source : AIE

Conclusions Analyse critique des méthodes utilisées Données de site analysées Simulation thermique et mécanique

pour une géométrie plane.

Calcul thermique validé Déplacement : allure ~correcte,

amplitudes non concordantes.

Page 80: Source : AIE

Perspectives Travailler avec des données de site de

meilleure qualité : instrumentation fiable et géométrie simple.

Prendre en compte le soutènement.

Modèle mécanique plus complexe : caractéristiques variables avec T, anisotropie du gonflement, modèle rhéologique…

Page 81: Source : AIE

Questions ?

Page 82: Source : AIE

Demi-convergence dans le cas axisymétrique : galerie + forage

Page 83: Source : AIE

Déplacement vertical pour M903-04

Page 84: Source : AIE

Déplacement vertical pour M903-09

Page 85: Source : AIE

Données : McArthur River

Page 86: Source : AIE
Page 87: Source : AIE