Technical Report NTB 94-08

Kristallin-I Estimates of Solubility Limits for Safety Relevant Radionuclides

Le concept de sécurité du dépôt de déchets radioactifs Suisses de haute activité est basé sur une série de barrières. La limitation du relâchement des radionucléides est dictée par la dissolution des phases solides, résumée sous le thème «limite de solubilité», elle commence au début de la chaîne des barrières de sécurité.

Dans le concept de l'analyse de sécurité de KRISTALLIN-I les radionucléides sont relargués du dépôt au moyen de l'eau cristalline modifiée par la barrière de bentonite. Le présent travail décrit les concentrations maximales escomptées pour les éléments: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Tc, Ni, Pd, Se, Ra, Zr, Nb, Sn, Pb, Sb, Bi et Sm dans l'eau de pore de la bentonite avec pH = 9, Eh = -400 mV et I = 0.08 M à 50°C. Dans une première étape, les concentrations maximales escomptées sont calculées à l'aide du code de spéciation géochimique (MINEQL) et d'une base de données publiée.

Dans une seconde étape, les valeurs obtenues ont été soigneusement revues et modifiées en se basant sur des considérations géochimiques détaillées et sur la dépendance des paramètres du système. Ici, l'importance des composés chimiques existant, les analogies chimiques, les inventaires absolus et relatifs et les propriétés des systèmes en milieux naturel et au laboratoire ont été soigneusement considérés, ainsi que l'ont été les considérations chimiques de base.

La composition chimique de l'eau dans la roche Cristalline d'accueil (modifiée par la barrière de bentonite) couvre un domaine de pH étroit (8.5 à 9). Dans ce domaine de pH restreint, les limites de solubilité peuvent être estimées comme indépendantes du pH puisque les effets de pH calculés ne sont pas significatifs comparés à l'incertitude des degrés de solubilité.

Le modèle chimique décrivant l'eau souterraine de "référence" prévoit un domaine de Eh de -400 mV à +100 mV. Un champ proche faiblement oxydant stabilisera les formes oxydées, en général plus solubles, des éléments sensibles du point de vue redox. Basés sur les données thermodynamiques disponibles, l'U, le Tc, le Se et le Pa sont prédits être ne plus limités à +75 mV. C'est pourquoi, une recherche plus détaillée du comportement redox des nuclides importants et une révision soigneuse du modèle redox du champ proche sont fortement recommandés.

Les solutions de référence définie pour les champs proches et lointains diffère en pH, Eh, force ionique et contenu en carbonate. Les limites de solubilité dans le champ proche ont été vérifiées pour leur «consistance» avec l'eau de «référence» du champ lointain. En particulier, une précipitation possible de minéraux secondaires (incluant la formation de colloïdes) a été étudiée au moyen des calculs de spéciation. Le sélénium présente un minimum de solubilité dans le domaine Eh de l'eau de référence du champ lointain (-180 mV), la précipitation de minéraux secondaires du Se ne peut pas être exclue. Pour l'américium et le plutonium le calcul géochimique prévoit une légère sursaturation mais ceci nécessitera la révision des données des complexes carbonatés. Toutes les autres limites de solubilité sont compatibles avec l'eau du champ lointain.

Les résultats des calculs de spéciation géochimique montrent clairement les inconsistances et approximations des données thermodynamiques des actinides. Le comportement prédit n'est pas aussi consistant qu'escompté par les analogies entre actinides. Basé sur des données récemment publiées, il est démontré, à quoi une base de données d'actinides tétravalents peut ressembler. Quoi qu'il en soit, une prédiction sérieuse du comportement chimique des actinides nécessite aussi d'inclure les données de ces éléments aux états tri-, penta- et hexavalents et des équilibres redox correspondants.