Etat de la Recherche & Développement sur le stockage géologique de déchets HA - MA-VL et FA-VL :

quelques éléments

SFEN - 21 mai 2014

Frédéric PLAS - Directeur de la R&D

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Préambule

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Les différentes catégories de déchets radioactifs en France

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Période longue > 31 ans

Carbone 14 : 5 700 ans

Plutonium 239 : 24 000 ans

Uranium 238 : 4,5 milliards d'années

31 ans

Polonium 214 : 164 microsecondes

Oxygène 15 : 2 minutes

Iode 131 : 8 jours

Cobalt 60 : 5 ans

Tritium : 12,3 ans

VC VL

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Les déchets FA-VL

Déchets « radifères » provenant du traitement de différents minerais contenant

Déchets « de graphite » produits lors du démantèlement des réacteurs nucléaires de première génération

Objets radioactifs (ex : fontaines au radium) ou sources scellées (paratonnerres,

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Les déchets MA-VL

Constitués essentiellement

Eléments de structures des combustibles usés retraités (coques, embouts, gaines)

Déchets liés au fonctionnement, à la maintenance et au démantèlement des installations nucléaires (EDF, CEA, Areva )

Initialement sous forme liquide ou solide - conditionnement sous forme de colis de déchets avec des enveloppes en béton ou en acier

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Les déchets HA

Essentiellement les résidus, hautement radioactifs et non réutilisables issus du retraitement des combustibles usés

Calcinés sous forme de poudre puis incorporés à une pâte de verre.

Le mélange est coulé dans une colis en inox

Entreposés sur leur site de production dans de la création du stockage profond

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Le stockage des déchets radioactifs

Stockage = solution de référence (loi de 2006)

Concepts de stockage adaptés aux types de déchets

en France, trois solutions de stockage mises en ou à afin de prendre en charge des déchets radioactifs

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Le stockage de surface > FMA-VC et TFA 90 % des déchets produits chaque année

Le stockage à faible profondeur, entre -VL

Le stockage profond, à 500 mètres (à -VL (Cigéo)

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Les projets de stockage et les centres de stockage

FMA-VC

HA-VL

MA-VL

FA-VL

TFA

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Centre Manche (fermé - en surveillance)

Centre (en exploitation)

Centre (en exploitation)

Centre Manche Centres Aube (CI2A)

Centre de Meuse/Haute Marne

Projet Cigéo (Centre de Meuse / Haute-Marne)

Projet FA-VL (Codecom de Soulaine-Dhuys)

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Simulation numérique

Les grandes composantes de la R&D (hors Sciences Humaines et Sociales)

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Radionucléides

et Toxiques

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Les grands objectifs de la R&D

Dimensionnement/conception

Optimisation technico- économique Définition des Spécifications Techniques de Besoins des composants Définition/amélioration des filières

Evaluation de sûreté (exploitation et après fermeture)

Gestion flexible et progressive des stockages

Observation et surveillance des stockages et de leur environnement

composants dans le temps Exploitation et après fermeture

Évaluation des performances des composants en lien avec leurs fonctions de sûreté Quantification des indicateurs de sûreté (dose) Contribution à la surveillance réglementaire

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La définition et le planning de la programmation des activités de R&D

Un processus itératif

Cadencé par les jalons/objectifs définis pour chaque projet et centre de stockage en exploitation

Alimenté par : Les différentes évaluations dont les activités scientifiques de font Les expressions de besoins des autres unités de Andra

Associé aux avancées scientifiques réalisées dans les grands organismes de recherche

Contraint par les compétences mobilisables

Une définition pour 4 ans et glissante sur 2 ans

Un changement important avec le programme 2013-2016

Une nouvelle structuration pour un programme transverse aux activités de

De nouveaux axes en cohérence avec le PNGMDR et les axes stratégiques de la filière nucléaire

Un accompagnement de des projets Cigéo et FA-VL

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Le processus itératif

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Compréhension du fonctionnement du système

Conception / architecture de stockage / construction exploitation - fermeture

Base de connaissances scientifiques et technologiques

Evaluation de performance et de sûreté

Identification et analyse des incertitudes et des marges

Analyse Qualitative

Quantitative (simulation numérique)

Analyse Arguments multiples

Arguments indépendants

R&D

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La R&D versus FA-VL

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Objectifs 2015

Principaux enjeux du projet pour 2015

Acquérir des données de sites et préciser le périmètre des déchets pouvant relever stockage à faible profondeur

Définir les modalités éventuel projet de stockage pour son insertion territoriale

Pour juin 2015, rapport Andra intégrant les résultats suivants

Résultats des études scientifiques, techniques et de sûreté stockage à faible profondeur sur le site investigué et le périmètre de déchets associé

Bilan des études menées sur les scénarios de gestion des déchets de graphite et bitumes classés « FA-VL » par le CEA avec ou non de relancer la recherche site de stockage à une centaine de mètres (sous couverture intact)

Rapport relatif aux travaux du comité de pilotage du projet de territoire du site investigué

Analyse géologique des autres sites INB

Sur la base de de ces études et recherches, pourra décider les orientations pour la suite du projet

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Principales actions

Acquisition des données de site

La Communauté de communes de Soulaines a donné son accord pour la réalisation géologiques sur son territoire sous conditions de

Mise en place d'un comité de concertation pour définir les modalités d'accompagnement du projet

Transmission des informations sur le projet en notamment sur les instances existantes que sont la commission locale du CSA et la commission locale et de suivi du Cires

Investigations géologiques en cours

Caractérisation des déchets et R&D sur le traitement des déchets

Consolidation des inventaires des déchets radifères et TFA

Analyse des scénarios de gestion des déchets de graphite et bitumes

Étude de sûreté pour définir du projet

Détermination des éléments de conception du stockage

Sur la base des données de site

Adaptation aux caractéristiques des déchets

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Caractériser les formations argileuses cibles Volume et géométrie des formations argileuses

Propriétés mécaniques (réalisation des ouvrages du stockage)

Caractériser les propriétés hydrodynamiques du secteur Aquifères, zones

Modèle et de transfert des aquifères

Evaluer la stabilité du site pour la durée de vie du stockage

Aléa sismique

Objectifs de la campagne de reconnaissance

en lien

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Positionnement des plates-formes de forages et des profils de géophysique légères

Localisation et nature des travaux de reconnaissance

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Forages géologiques

Forages hydrogéologiques

Campagne géophysique (120 km de profils acquis)

Campagne géotechnique

Etude de cartographie géologique (250 km2)

Etude de de surface (400 km2)

Plateforme 3 - Epothémont

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La série crétacée de la région de Soulaines

Aquifère

Aquifère

Formation du Gault

Argiles à Plicatules

Extrait de la carte géologique de Soulaines 1/250 000ème, Andra 2014

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Scénarios de gestion des déchets de graphite

Les travaux récents en matière de caractérisation et de R&D sur le

Stockage dédié de

graphite

Tri

Décontamination + gazéification

Décontamination

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La R&D sur le traitement des déchets de graphite

Déchets de graphite FA-VL issus du démantèlement des réacteurs UNGG français

La R&D sur le traitement thermique

Collaboration EDF/Andra

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Déchets de graphite

Traitement : extraction

sélective de certains RN

Radionucléides extraits

Conditionnement Cigéo

Graphite partiellement décontaminé

Gazéification

Stockage à faible profondeur

Cendres

Rejet 12CO2 avec très faible

teneur 14CO2

Conditionnement

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Exemple de schéma de traitement

La R&D versus Cigéo

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Les grandes étapes de la R&D vs Cigéo (planning initial)

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Loi de 1991 Loi de 2006 Post-DAC

1991-2005 2006-2017 > 2017

Faisabilité du stockage dans la couche du Callovo-Oxfordien sur le site de Meuse/Haute Marne

Demande

création du stockage Optimisation du stockage

Vers une mise en

du stockage Phase industrielle prototype

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Phase 1991 2005

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Les étapes de la R&D vs Cigéo de 1991-2005

1992-1994 : Etude du site pour les laboratoires de recherche souterrains

Mission de consultation dirigée par le Député Christian Bataille

Sélection du site sur la base de sites volontaires

2 types de roches, 4 sites présélectionnés :

Granit : Vienne

Argile : Gard, Meuse, Haute-Marne

1994 - 1996 : Etude géologique du sol/de la surface sur les 4 sites présélectionnés, par rapport aux critères de sûreté définis par l'ASN (règle de sûreté basique de 1991)

Couche d'argile de 150 m d'épaisseur dans la Meuse/Haute-Marne, profondeur d'environ 500 m

Couche d'argile épaisse de haute résistance dans le Gard (profondeur d'environ 700 m)

Granit sous couverture sédimentaire dans la Vienne

1996 : Demande de 3 LRS,

Revue en 1997-1998 par le CNE (Commission nationale d'évaluation) et l'ASN

1998 : Laboratoire Souterrain (LS) autorisé en Meuse/Haute-Marne

1998 - 2005 : Construction et fonctionnement du LS afin de recueillir les données de base nécessaires à l'étude de faisabilité et de sûreté de 2005

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X

X

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Les objectifs de la R&D vs Cigéo de 1991 à 2005 : démontrer la faisabilité du stockage

Caractérisation Du milieu géologique à et sur le prochain million

Du comportement des matériaux (Béton, argile et aciers) du stockage en situation de stockage et des interactions avec le milieu géologique

Du comportement des colis de déchets majeurs HA_MA-VL et des combustibles usés

Du comportement des Radionucléides dans les matériaux et le milieu géologique

Evaluation de du stockage aux différentes échelles de temps et Modélisations et simulations numériques

Des essais technologiques coordonnés avec les expérimentations scientifiques (entre 2001 et 2005)

Etudes préliminaires permettant un pré-dimensionnement

Travaux de construction des infrastructures et de service du laboratoire souterrain assurant un premier retour sur les méthodes de construction

Premiers prototypes industriels (colis MA-VL, projet ESDRED : mécanique et barrière ouvragée)

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La caractérisation du milieu géologique

Les investigations sur site

Forages > 100 Quelques milliers de mètres de carottes Plusieurs dizaines de milliers

Reconnaissance sismique Une campagne sismique 2D : 200 km de lignes 1300 km de lignes sismiques acquises par pétrolière et retraitées Une campagne sismique 3D de 4 km² sur le site du Laboratoire de recherche

Les investigations dans le laboratoire souterrain

Suivi du creusement du puits Galerie expérimentale de 40 mètres au niveau 445 m (toit du Callovo-Oxfordien) 750 mètres de galerie au niveau 490 mètres (milieu de la couche)

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La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (1/2)

2 orientations de fracturation N40°E & N140 à 150°E

Tectonique surtout tertiaire

Orientation des contraintes stable depuis 20 Ma

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La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (2/2)

Très faible perméabilité Mesurée à différentes échelles Similaire entre mesures in situ et mesures sur échantillons

Faibles coefficients de diffusion

Faible variation des valeurs des paramètres dans une zone de 250 km² autour du laboratoire de recherche

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Corrélation entre forages

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Le cadre structural

Cadre structural bien appréhendé

Champ de contrainte stable depuis 20 Ma

Faible fracturation en dehors des grandes failles régionales

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Marne

Gondrecourt

Joinville

Vittel

A du site du Laboratoire

Pas de faille de rejet > 2 m détectée par la sismique 3D

4 forages dirigés (1377 m 38 m de fissures sans mouvement et pas les propriétés hydrauliques

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La R&D sur les matériaux argileux de 1991 à 2005

Objectif majeur : fournir les modèles globaux de comportement des matériaux argileux en situation de stockage

Orientations de la R&D entre 1991 et 2005 Une R&D centrée sur les ouvrages en bentonite

Barrière ouvragée, bouchons, scellements

Une priorité forte au comportement post-fermeture et une optique long terme

Une première approche des couplages : THM, Chimie-Mécanique, Chimie-rétention

Principaux résultats Caractérisation des propriétés THMC des matériaux argileux

Propriétés thermo-hydro- Hydratation et gonflement à différente échelles

Propriétés thermodynamiques

Effet de la température et du fluide poral Interactions fer-argiles Interactions ciment-argiles Effets des rayonnements

Modélisation géochimie-transport dans les ouvrages et milieux argileux Description thermodynamique puis cinétique

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La R&D sur les matériaux cimentaires de 1991 à 2005

Objectif majeur : Fournir les modèles

Orientation principales de la R&D entre 1991 et 2005

Une R&D focalisée sur les grands processus de dégradations chimiques des ouvrages cimentaires, imposés par le milieu géologique et/ou par les déchets MA-VL, à long terme

Hydrolyse/Décalcification Carbonatations (atmosphérique et en milieux saturés) Attaques sulfatiques

Une R&D axée sur les couplages chimie/transfert dans les milieux saturés Prise en compte de la température Prise en compte de la réactivité aux interfaces avec les milieux argileux

Les principaux résultats

(à base CEM I et CEM V)

aux interfaces ciments/argiles Fourniture des premiers éléments sur la formulation de bétons à faible chaleur

Premiers démonstrateurs technologiques (colis de déchets MA-VL)

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La R&D « corrosion des surconteneurs et chemisages HA » de 1995 à 2005

Objectifs majeurs:

Choix de la famille de matériaux métalliques pour le sur-conteneur HA

Evaluation des risques de corrosion et premier dimensionnement des sur-conteneurs HA

Orientation de la R&D entre 1995 et 2005

Analyse du comportement de 3 familles de matériaux : Aciers non alliés Alliages passivables (Aciers inoxydables, alliages de nickel) Cuivre

R&D principalement axée sur : la corrosion généralisée des aciers non alliés (atmosphère humide, milieu argileux insaturé puis saturé) Les risques de corrosion localisée des aciers inoxydables et alliages base nickel

Les principaux résultats

Choix des aciers non alliés (corrosion généralisée prédominante, analogues industriels et archéologiques )

Détermination des seuils de la corrosion en atmosphère humide et milieu insaturé

Cinétiques de corrosion généralisée en milieu argileux Influence de la saturation en eau du milieu Influence de la température 90 C)

Evaluation des risques de corrosion localisée des aciers non alliés

Eléments sur : Les risques de corrosion sous contrainte La modélisation

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La R&D sur les colis de 1991 à 2005

Objectif majeur : fournir les modèles de relâchement des radionucléides dans une optique de faisabilité du stockage

Orientation de la R&D entre 1991 et 2005

Une R&D focalisée fortement sur les grandes familles de colis de déchets :

Combustibles usés (UOx principalement)

Déchets vitrifiés (Verres R7/T7 principalement)

CSD-C

Boues bitumées

Une R&D principalement axée sur le relâchement

en conditions saturées

Une R&D traitant surtout du comportement intrinsèque des déchets et quelques couplages avec

Les principaux résultats :

Développement des modèles de relâchements :

Des déchets vitrifiés, intégrant une chute de vitesse puis une vitesse résiduelle

Des combustibles UOx

Des colis de boues bitumées (Modèle COLONBO)

Des CSD-C sur la base de vitesses de corrosion issues de la littérature

Des premiers éléments sur la production de gaz par radiolyse des matériaux organiques et cimentaires et par corrosion des déchets métalliques

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Essais technologiques (projet européen ESDRED) :

Démontrer à une échelle industrielle, la faisabilité de construction, et de

fermeture du stockage

Les essais technologiques entre 2001 et 2005

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Le laboratoire souterrain (2000-2006)

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Experimental drift Experimental drift

Technical drifts

Main shaft Auxiliary shaft

Technical drift

445 m

490 m

490 m

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Caractérisation de la zone endommagée autour des galeries du Laboratoire souterrain

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Caractérisation de la chimie des eaux du Callovo-Oxfordien

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Caractérisation de la diffusion des solutés

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Caractérisation du comportement THM des argilites sous une charge thermique

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Rock sensor

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Time [days from start of heating]

Tem

per

atu

re [

ºC]

1203_TEM03

1203_sim03

Heater

TER1203_TEM3

0.6 m

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Time [days from heating]

Overp

ressu

re [

MP

a]

1401_P01 1401_sim_01

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La zone de transposition

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Transposition des propriétés du Callovo-Oxfordien obtenues sur le site du laboratoire

+ Critères

Critères géométriques Profondeur < 630 m (milieu de la couche) Epaisseur > 130m

Critère structural À plus de 1km des failles majeures

Critères lithologiques Epaisseur du niveau R0 > 65m % silts < 20-30 %

250 km²

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