Technical Report NTB 95-09

Le projet Cristallin-I est une analyse intégrale d'un dépôt final pour déchets vitrifiés de haute activité (DHA), implanté dans le socle cristallin du Nord de la Suisse. Dans le cadre de ce projet, une analyse a été effectuée afin d'évaluer les conséquences radiologiques d'un relâchement des radionucléides. Cette analyse se sert d'une chaîne de modèles indépendants pour le champ proche, la géosphère et la biosphère. En développant ces modèles on inclut les processus estimés déterminants pour la sécurité du dépôt final, tandis que d'autres sont négligés. Dans ce rapport, des modèles stationnaires simplifiés du champ proche ont été développés pour étudier les effets possibles de processus spécifiques qui ne sont pas considérés dans le modèle non-stationnaire du champ proche du projet Cristallin-I. Ces processus ont été ignorés, (i) soit parce qu'il est improbable qu'ils auront des effets significatifs, (ii) soit parce que, malgré leur probable contribution positive à la performance des barrières du champ proche, ils ne sont pas suffisamment compris pour les incorporer dans un modèle de sûreté. Le but de ce rapport est de vérifier si les arguments qui ont conduit à ignorer ces processus sont justifiés.

Ce travail comprend les sujets suivants:

• Transport des radionucléides à l'interface bentonite-roche d'accueil: le modèle pour le projet Cristallin-I permet de choisir entre deux conditions aux limites à cet interface. Soit (i) la concentration des radionucléides peut être choisie nulle (ce qui est mathématiquement équivalent à une vitesse d'écoulement infinie de l'eau souterraine), ou bien (ii) on peut supposer que le flux diffusif provenant de la bentonite soit égal au flux advectif dans la roche. Les deux conditions aux limites convergent lorsque la vitesse d'écoulement augmente, puisque la concentration à l'interface s'approche de zéro pour des grandes vitesses d'écoulement de l'eau souterraine. Les calculs en conditions stationnaires effectués avec les valeurs paramétriques adoptées pour Cristallin-I montrent que le relâchement de radionucléides devient indépendant de la vitesse d'écoulement dès que la vitesse de Darcy dépasse à peu près 10^-11 m s^-1. Cependant, ce relâchement est réduit d'un ordre de grandeur lorsqu'on utilise la vitesse de Darcy adoptée pour le Cas de Référence de Cristallin-l, indiquant que l'utilisation de la deuxième condition limite peut augmenter sensiblement la performance du champ proche.
• Mouvement de descente des colis: dans le modèle du champ proche pour Cristallin-l, on suppose que le tassement par glissement des colis enveloppés dans la bentonite est négligeable même à long terme. Bien qu'en réalité on ne s'attend qu'à des déplacements minimes, les calculs stationnaires montrent que, même dans le cas de glissements importants, il y aurait un effet modeste sur le relâchement des radionucléides; celui-ci augmenterait de moins de 20% pour un déplacement d'un colis égal à la moitié de la distance jusqu'à la base du tunnel. Cela indique que la négligence du processus de glissement des colis ne devrait en toute probabilité pas conduire à des sous-estimations sensibles des conséquences radiologiques, même si les déplacements sont beaucoup plus importants que prévu.
• Conditions chimiques et transport des radionucléides à l'interface verre-bentonite: dans le modèle du champ proche pour Cristallin-I on suppose prudemment que les colis n'offrent aucune résistance au transport des radionucléides. Cependant il est probable que la rupture des colis soit localisée (sous la forme d'un trou ou d'une fissure), et que les colis endommagés constituent une barrière. Un modèle stationnaire a donc été développé pour quantifier la résistance des colis au transport des radionucléides. On suppose que les radionucléides diffusent par une mince fissure circulaire (avec une ouverture de 1 μm jusqu'à 1 cm) remplie d'eau ou de bentonite. Les calculs stationnaires indiquent, pour une fissure remplie de bentonite, que la résistance au transport réduit comparativement le relâchement des radionucléides jusqu'à un ordre de grandeur pour une fissure de 1 cm de large et jusqu'à plus de 4 ordres de grandeur pour une fissure de 1 μm de large. Cela indique qu'en ignorant la résistance au transport de telles fissures on obtient des résultats beaucoup trop pessimistes. De plus, le modèle pour Cristallin-I suppose que des conditions réductrices sont maintenues dans la bentonite, malgré la possible formation d'oxydants par radiolyse de l'eau à la surface des déchets. Si ces oxydants diffusent en profondeur dans la bentonite, celà causerait une augmentation de la solubilité et une diminution de la constante de sorption pour beaucoup de radionucléides sensibles au potentiel d'oxydoréduction, ce qui augmenterait le relâchement de tels radionucléides dans la roche. Nos calculs indiquent pourtant, pour des conditions réalistes, que des oxydants d'origine radiolytique ne pourraient pas pénétrer d'une façon importante dans la bentonite. Même avec des hypothèses pessimistes concernant l'instant de rupture des colis et la consommation des oxydants par les ions ferreux dans l'eau interstitielle de la bentonite, le front oxydoréducteur pénétrerait de moins de 2 cm dans la bentonite.