Technical Report NTB 04-06

Cette étude présente un exposé compréhensif des questions en rapport à la production et au transport des gaz issus d'un dépôt géologique pour déchets radioactifs comprenant des assemblages de combustibles usés (AC), des déchets vitrifiés de haute activité (DHA) et des déchets de moyenne activité à vie longue (DMAL); le site est localisé dans la couche d'argile à Opalinus du Weinland zurichois, au nord de la Suisse (projet "Entsorgungsnachweis"). Ce travail de synthèse rassemble toutes les informations accessibles sur le comportement des gaz, il comprend également les sources originales des données, les arguments et les discussions exprimés dans le Rapport de Synthèse (Geosynthesis Report. Nagra 2002a), le Rapport de Sûreté (Safety Report. Nagra 2002c) et dans le rapport Modèles, Codes et Données (Models, Codes and Data Report. Nagra 2002d).

La question de comment les émissions de gaz provenant du dépôt des déchets et leur transport influencent la performance du système du stockage géologique fut le sujet de nombreuses études menées soit par la Nagra, soit dans la communauté scientifique internationale. Pour différentes raisons une analyse quantitative est nécessaire: D'une part certains gaz produits peuvent contenir des éléments radioactifs (par ex. ¹⁴C), ceux-ci représentent un risque potentiel d'irradiation pour la biosphère. D'autre part, l'accumulation de gaz pourrait engendrer une pression suffisamment élevée pour endommager les barrières ouvragées, la roche d'accueil, ou même affecter les mouvements d'eaux souterraines; ce qui aurait des conséquences sur la migration des radionucléides en solution. De plus, pour assurer sa crédibilité une évaluation de sûreté doit considérer dans son ampleur chaque processus important pour la performance du système et pour la sûreté.

L'étude est divisée en trois parties principales:

La première partie fournit des informations générales au sujet de la roche d'accueil, de l'architecture du dépôt et de la composition des déchets; les aspects importants de l'agencement du site et des matériaux utilisés qui influencent la production et le transport des gaz dans les galeries de stockage ainsi que le débit de production sont soulignés. La nature et les quantités des matériaux sources ainsi que les procédés de production de gaz sont décrits en détail. Ainsi on estime un volume total de production gazeuse de 4 × 10⁷ m³ (SATP) pour les AC/DHA, et de 5 × 10⁵ m³ (SATP) pour les DMAL, ces derniers chiffres comprennent également le gaz produit par la corrosion du Zircaloy et par la dégradation de la matière organique. En considérant une vitesse de corrosion de 1 μm a^-1, la corrosion complète d'un conteneur d'acier sera atteinte en 2 × 10⁵ années, temps au bout duquel la production de gaz aura cessé.

La seconde partie du rapport traite des caractéristiques du transport des gaz à travers le système multibarrière et la géosphère. Ainsi les gaz sont transportés avant tout par: i) advection/ diffusion des gaz dissous dans les eaux interstitielles; ii) écoulement biphasé visqueuxcapillaire; iii) écoulement par dilatance. Par contre il est démontré que dans les conditions attendues on peut exclure le transport gazeux le long de failles macroscopiques crées sous un régime de traction. De plus, les propriétés favorables au transport gazeux sont décrites pour chaque matériau du système multibarrière, tel que la bentonite, les mélanges sable/bentonite, les mortiers et ciments, de même que pour la roche avoisinante, y compris la zone perturbée par les excavations, les zones de failles, les roches encaissantes et les aquifères régionaux. En dernier lieu, les principes du transport des gaz et leurs trajectoires jusqu'à la biosphère à travers les galeries de stockage, la roche d'accueil, puis les couches sus-jacentes sont expliqués.

La dernière partie examine les effets des gaz sur la performance du système à l'aide des connaissances réunies dans les précédents chapitres sur la production des gaz, leurs caractéristiques de transport ainsi que leurs trajectoires. La production gazeuse est calculée selon la méthode du bilan de masse. Dans un premier temps, on détermine l'évolution de pression et la migration des gaz dans le site de stockage pour CU/DHA/DMAL. On peut montrer que les gaz générés sont transportés à travers la roche d'accueil et dans les galeries; ils s'accumulent lentement dans la formation Wedelsandstein sus-jacente d'où ils diffusent peu à peu dans l'aquifère Malm. Dans une étape ultérieure, ce modèle est appliqué au transport et au dégagement du ¹⁴C gazéifiable, dont on assume qu'il se déplace avec les principaux gaz non radioactifs, l'hydrogène et le méthane. Dans le cas présumé, les calculs dérivent des doses bien en dessous des valeurs seuil réglementaires. Par ailleurs, un possible déplacement des eaux interstitielles du champ proche dans la roche d'accueil ou le long des galeries qui serait causé par une hausse de pression est simulé par un autre modèle. Enfin, en testant divers scénarios à l'aide de ces modèles (cas de base, cas de variation des paramètres, cas hypothétique "what if?"), on a pu démontrer que les doses obtenues étaient nettement en dessous des valeurs seuil réglementaires.