Technical Report NTB 05-03

La Finlande prévoit de stocker ses déchets de haute activité dans un dépôt géologique en profondeur aménagé dans une roche cristalline. Le rôle potentiel de la géosphère comme barrière de sûreté est bien établi dans l’analyse de sûreté des dépôts. Il demeure toutefois différentes incertitudes relatives à la définition des structures transmissives et à la caractérisation de l’espace interstitiel dans les roches cristallines. Pour évaluer la sûreté des dépôts géologiques, il convient par conséquent de compléter les recherches effectuées soit en laboratoire, soit sur le terrain à partir de la surface, en passant à la profondeur où seront effectivement aménagées les installations souterraines. On ne sait actuellement pas exactement dans quelle mesure le prélèvement d’échantillons et la décompression affectent les propriétés de transport des roches. Des essais récents au Laboratoire souterrain du Grimsel, où la matrice rocheuse a été imprégnée de résine, indiquent que le coefficient d’erreur dans le calcul des propriétés de transport pourrait atteindre deux à trois par rapport aux données de laboratoire.

Etant donné l’importance potentielle de la caractérisation de l’espace interstitiel pour les calculs de sûreté, il a été décidé d’étudier les caractéristiques de la matrice rocheuse in situ, en utilisant de la résine de méthacrylate de méthyle (MMA) marquée au ¹⁴C. La méthode au polyméthacrylate de méthyle (PMMA) a été développée au cours de la dernière décennie pour caractériser en laboratoire les roches granitiques peu perméables. L’imprégnation avec du méthacrylate de méthyle marqué au ¹⁴C (¹⁴C-MMA) et l’autoradiographie permettent d’étudier, à l’échelle du centimètre, la répartition spatiale des pores accessibles. Des mesures quantitatives de la porosité totale ou locale (spécifique à un minéral) ont été effectuées avec des outils d’analyse d’images. Des examens au microscope électronique et des mesures par porosimétrie au mercure ont fourni des informations détaillées sur la distribution et le volume des pores et des fissures.

Ce travail avait pour objectif de mettre au point une application in situ de la technique d’imprégnation au PMMA. On a examiné les modifications survenues dans la porosité de la roche en raison du relâchement de la contrainte lors du surcarottage des échantillons de roche pour les études en laboratoire. L’idée à la base de ce travail était d’injecter du ¹⁴C-MMA à partir d’un forage central situé à une profondeur d’un mètre environ de la paroi du tunnel, avec un intervalle d’injection de 20 cm. On a posé comme hypothèse que six trous supplémentaires d’un diamètre plus petit favoriseraient le séchage de la matrice rocheuse et que le cheminement du MMA pourrait être observé depuis les forages d’observation pendant l’injection de la résine. Les deux principales différences entre les imprégnations au PMMA in situ et en laboratoire étaient les suivantes: 1) Le séchage in situ a été effectué par ventilation à l’air chaud, tandis que les échantillons en laboratoire ont été séchés par chauffage sous vide; 2) La polymérisation in situ s’est faite par auto-polymérisation, tandis que, en laboratoire, elle a été obtenue par irradiation des échantillons.

On s’est rendu compte que le séchage par ventilation autour du forage d’injection n’était pas assez efficace lorsqu’une imprégnation de la matrice rocheuse au ¹⁴C-MMA était effectuée in situ. En revanche, la pénétration in situ du ¹⁴C-MMA dans la granodiorite du Grimsel a réussi. L’autopolymérisation de la résine a réduit le degré d’imprégnation, mais la polymérisation thermique a bien fonctionné. Le MMA a pénétré à des profondeurs de 2 à 5 cm à partir du forage; la pénétration maximale a été observée le long de la texture en feuillets de la roche. La quantité de PMMA a clairement révélé une tendance décroissante entre la surface du trou d’injection et une profondeur de 5 cm dans la matrice rocheuse.