Les barrières multiples, garantes de la sûreté
En Suisse, les déchets radioactifs seront confinés dans un dépôt géologique profondément enfoui sous terre. La protection de l’Homme et de l’environnement exige une garantie de sûreté à long terme. Cela est possible grâce à un système multibarrières.
Les déchets radioactifs seront stockés à long terme et en toute sécurité dans un dépôt en couches géologiques profondes. Un système constitué de plusieurs barrières, techniques et naturelles, les confinera efficacement. Loin de l’espace vital, les substances radioactives pourront se dégrader avec le temps, jusqu’à perdre leur nocivité. La Nagra doit démontrer que le dépôt en profondeur dans le Nord des Lägern restera sûr pendant un million d’années. La durée de confinement nécessaire atteint quelque 200’000 ans pour les déchets de haute activité et 30’000 ans pour les déchets de faible et de moyenne activité.
En profondeur - pour se protéger de l’érosion
Pour la Nagra, il s’agit de planifier et de construire un dépôt en profondeur de manière à ce que les barrières de sûreté assurent une protection maximale tout au long de la période de confinement. Pour le protéger des conséquences des glaciations et de l’érosion, le dépôt sera implanté à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Nous éviterons les zones de failles, à savoir les couches rocheuses actives présentant des déformations. En outre, nous adapterons le dépôt à la géologie du site d’implantation et veillerons à ce qu’il soit constamment optimisé.
Grâce à des barrières de sûreté robustes, le dépôt en profondeur continuera de garantir un confinement efficace après sa fermeture, sans intervention humaine.
Des roches argileuses comme barrières naturelles
Les barrières de sûreté se complètent mutuellement. Elles protègent les déchets contre les influences néfastes tels que les flux d’eau et confinent les substances radioactives dans le dépôt en profondeur. Il est donc exclu que des substances radioactives puissent être dissoutes en trop grande quantité par l’eau et parvenir jusqu’à la surface terrestre en traversant les roches autour du dépôt. Les barrières font également écran au rayonnement direct, c’est-à-dire qu’à un ou deux mètres seulement de la paroi de la galerie du dépôt, il est inférieur au rayonnement naturel de la roche elle-même.
En Europe, trois types de formations géologiques sont envisagées pour le stockage des déchets : les roches cristallines, salines ou argileuses. Les principales barrières en Suisse sont composées des couches rocheuses argileuses au sein desquelles sera construit le dépôt. En font partie l’Argile à Opalinus (roche d’accueil), très peu perméable, et les roches dites « encaissantes » qui se situent au-dessus et en dessous et sont également peu perméables.
Qu’est-ce que l’Argile à Opalinus ?
L’Argile à Opalinus s’est déposée au Jurassique, il y a environ 175 millions d’années. À l’époque, le nord de la Suisse était couvert d’une mer peu profonde. Les sédiments ont été emportés dans la mer depuis les îles. Dans la région située entre Strasbourg, Stuttgart, Zurich et Berne, de fines boues argileuses se sont déposées au fond de la mer. L’Argile à Opalinus est née de la solidification progressive de ces sédiments. Elle doit son nom aux ammonites Leioceras opalinum retrouvées au sein de cette formation rocheuse.
L'Argile à Opalinus en vidéo (en allemand)
Où trouve-t-on de l’Argile à Opalinus en Suisse ?
C’est dans une bande comprise entre Olten et Schaffhouse que les exigences relatives à l’épaisseur et à la profondeur de l’Argile à Opalinus sont les mieux remplies. C’est donc dans cette zone que se situent les trois domaines d’implantation potentiels pour un dépôt en profondeur : Jura-est, Nord des Lägern et Zurich nord-est. Dans ces régions, la couche d’Argile à Opalinus, épaisse d’environ 110 mètres, se trouve à une profondeur allant de 400 à 900 mètres et présente des caractéristiques similaires sur de vastes zones.
Les trois domaines d’implantation ont une étendue suffisante et offrent la stabilité requise du point de vue géologique. En septembre 2022, la Nagra a proposé le Nord des Lägern comme site pour le dépôt en profondeur.
Les propriétés de l’Argile à Opalinus
L’Argile à Opalinus est constituée en majeure partie de plaquettes de minéraux argileux de taille microscopique. Raison pour laquelle elle est très étanche : dans la roche intacte, l’eau ne s’écoule pas et par ailleurs, au contact de l’humidité, une grande partie des minéraux argileux qui la constituent vont gonfler. Ceci lui permet de colmater des fissures qui se seraient par exemple formées au cours du creusement du sous-sol profond. Par conséquent, il est pratiquement impossible que des substances polluantes soient emportées par l’eau.
D’autre part, les minéraux argileux chargés négativement présent dans l’Argile à Opalinus ont la propriété d’attirer les substances positives. Dans les déchets, la plupart des radionucléides ont une charge positive et se fixent aux minéraux argileux selon un processus appelé sorption par les scientifiques. Les radionucléides négatifs, quant à eux, se déplacent extrêmement lentement dans la roche –les experts parlent ici de diffusion. L’Argile à Opalinus a donc la propriété de confiner les substances (radioactives) de manière efficace et sur de longues périodes.
Construire dans l’Argile à Opalinus
L’Argile à Opalinus est une roche plutôt tendre, ce qui représente un véritable défi pour la construction en profondeur dans le sous-sol. Ces défis en matière de construction sont toutefois techniquement maîtrisables. Seul le coût augmente, contrairement aux roches plus dures, mieux adaptées à la construction.
Cet investissement en vaut toutefois la peine, car le stockage des déchets radioactifs exige une sûreté maximale. À cet égard, il faut également veiller à ce que les déchets de haute activité, encore chauds au début, ne dégagent pas trop de chaleur dans l’Argile à Opalinus. Celle-ci pourrait alors perdre ses propriétés de confinement.
L’expérience HotBENT vise à déterminer la température maximale admissible dans la galerie de stockage. Tous ces paramètres et bien d’autres encore doivent être pris en compte. C’est notamment pour ces raisons qu’il faut planifier soigneusement le dépôt en profondeur et opérer avec prudence lors de sa construction.
Les roches encaissantes autour de l’Argile à Opalinus
Les roches argileuses qui entourent l’Argile à Opalinus, ou roches « encaissantes », contribuent également à retenir les substances radioactives dans le dépôt et à ralentir leur progression, afin qu’elles ne parviennent à la surface du sol qu’avec un retard considérable. Ceci permet à la majeure partie des radionucléides de se dégrader suffisamment et de devenir inoffensifs.
Parmi ces roches figurent le « Dogger brun » et le « Membre d’Effingen ». À la différence de l’Argile à Opalinus, ces formations ne présentent pas une structure homogène : leur composition et leurs minéraux varient. Elles sont toutes deux constituées essentiellement de marne, à savoir un mélange d’argile et de calcaire. Elles contiennent cependant aussi des grès et des roches calcaires ainsi que, dans le cas du « Dogger brun », des oolithes ferrugineuses (minerai de fer). Ces couches ont une faible teneur en argile et ne sont donc pas aussi imperméables que l’Argile à Opalinus.
Les barrières de sûreté ouvragées
Pour qu’un dépôt en profondeur assure la meilleure protection possible, les barrières de sûreté ouvragées sont adaptées aux barrières naturelles.
Barrières pour les déchets de haute activité
- Les substances hautement radioactives issues des éléments combustibles usés sont confinées dans des pastilles de combustible en oxyde d’uranium. Les déchets de haute activité provenant du retraitement sont incorporés dans une matrice de verre. Cette matrice est difficilement soluble et constitue ainsi la première barrière technique. Même en cas d’infiltration d’eau dans le conteneur de stockage, les substances radioactives ne pourraient parvenir dans l’eau que très lentement.
- Les assemblages combustibles usés sont placés dans un conteneur de stockage en acier à parois épaisses. Cette deuxième barrière empêche la libération de substances radioactives pendant au moins 1000 ans.
- Le conteneur de stockage final est placé sur un socle en bentonite à l’intérieur de la galerie de stockage. Ensuite, la totalité du tunnel est comblée avec du granulat de bentonite. La bentonite est principalement composée de minéraux argileux, elle est très peu perméable et constitue la troisième barrière. En cas d’infiltration d’humidité, elle gonfle et colmate ainsi les fissures et les crevasses. Les minéraux argileux fixent en outre les substances radioactives et les retiennent.
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Barrières pour les déchets de faible et de moyenne activité
- Les déchets sont solidifiés dans une matrice (du ciment, du verre ou du bitume) et placés dans des fûts.
- Les fûts sont placés dans un conteneur de dépôt en profondeur en béton, qui est ensuite rempli de mortier cimentaire.
- Ces cuves en béton sont placées côte à côte et les unes au-dessus des autres dans de grandes cavernes ; enfin, les espaces vides sont comblés avec un mortier spécial.
Que ce soit pour les déchets de haute activité stockés dans les galeries ou pour les déchets de faible et moyenne activité stockés dans les cavités, le principe suivant s’applique : ce n’est qu’après avoir surmonté l’ensemble des barrières techniques que la barrière naturelle constituée par l’Argile à Opalinus (considérée comme la plus essentielle) entre en fonction.