Technical Report NTB 90-31

Les altérations chimiques, isotopiques et minéralogiques qui se sont produites lors du dépôt primaire de minerais d'uranium dans la brèche de cheminée de la mine d'Osamu Utsumi, à Poços de Caldas au Brésil, ont été étudiées à titre d'analogies naturelles pour la migration de radionucléides dans le champ proche. Des modèles d'altérations chimiques et isotopiques ont été combinés avec des modèles à différences finies du refroidissement par convection des intrusions dans la caldera. La modélisation montre que l'intense altération chimique, isotopique et minérale de la cheminée d'Osamu Utsumi nécessiterait la circulation de > 10⁵ kg de fluide hydrothermal bouillant à > 220°C au travers de chaque cm carré de section de cheminée. Cette circulation pourrait être engendrée par la chaleur provenant d'une intrusion de 6 km de diamètre s'étendant à une profondeur de 10 km. Même avec une telle circulation, concentrée dans la cheminée perméable, les solubilités d'uranium devraient être supérieures de 2 1/2 ordres de grandeur par rapport à celles indiquées par les expériences les plus récentes (et plus en concordance avec les estimations précédentes) pour engendrer la minéralisation primaire d'uranium dans la mine d'Osamu Utsumi.

Les mêmes modèles appliqués à un dépôt de déchets radioactifs hypothétique à haute température montrent que la chaleur provenant de la désintégration des déchets engendrerait un système de circulation hydrothermale remarquablement similaire à celui étudié sur le site d'analogies naturelles de Poços de Caldas. La profondeur de la convection de fluide engendrée par le dépôt hypothétique serait de 5 à 10 km, la température maximum d'env. 300°C, la durée de la phase à haute température de quelques milliers d'années et l'ébullition provoquerait la plus grande partie des altérations du dépôt de déchets radioactifs. L'analyse physique met en évidence l'importance de la perméabilité sur une échelle de 10 ×10 × 10 km pour le contrôle du degré de circulation potentielle à travers le dépôt hypothétique.

L'application des modèles chimiques au dépôt de déchets hypothétique, utilisés avec succès pour interprêter les minéralisations et altérations de la mine d'Osamu Utsumi, montre que, même dans le cas d'un scénario catastrophe (déchets placés dans une roche d'accueil perméable en l'absence de mesures limitant la circulation à travers le dépôt) le degré d'altération hydrothermale dans le dépôt hypothétique ne serait que d'env. 0.1 % de celui de la cheminée de la mine d'Osamu Utsumi. Dans l'hypothèse d'absence de frein à la mobilité de l'uranium, la précipitation d'uranium au-dessus du dépôt hypothétique serait de 0.05 ppm (plutôt que de 50 ppm), l'altération hydrothermale de 0.03 % poids (au lieu de 30 % poids), etc.

L'analyse montre que les altérations minéralogiques sont très sensibles aux paramètres thermodynamiques. La prédiction d'altérations minéralogiques (qui, par exemple, pourrait être nécessaire pour pronostiquer la migration de radionucléides autres que l'uranium) n'est probablement pas possible en s'appuyant sur les données thermodynamiques de laboratoire, même si le processus de détermination est très soigneux. Les complexités minéralogiques du système, de même que les incertitudes dans la banque de données, nécessiteront la calibration du cadre thermodynamique par rapport aux altérations minéralogiques observées en laboratoire ou sur le terrain selon des procédures brièvement décrites.