Technical Report NTB 00-08

La porosité de matrice est un paramètre clé lors de l'évaluation de différents scénarios pour l'estimation du retardement de radionucléides dans la géosphère. La quantité, la forme et la grandeur des pores influencent certainement le retardement des radioéléments, mais le degré d'interconnection entre les pores (et par là l'accessibilité des contaminants aux pores) doit aussi être pris en considération.

Jusqu'ici, la plupart des études sur le rôle de la porosité de matrice se sont passées de quantifier l'influence (ou l'ont évaluée seulement qualitativement) du dérangement de l'échantillon sur la géométrie et l'interconnection des pores, ainsi que son impact sur l'estimation de la porosité totale et des paramètres géophysiques et hydrauliques. C'est pourquoi cette étude a été mise en place, avec pour objectifs la caractérisation in situ du degré d'interconnection de la porosité de matrice, la quantification de l'influence de la préparation de l'échantillon sur la porosité totale, enfin l'estimation de l'impact des résultats sur les modèles de transport utilisés pour les évaluations de performance. 

Une nouvelle technique d'imprégnation in situ de la matrice rocheuse accessible à la diffusion a été développée en commun par la Nagra et le JNC, et mise en oeuvre avec succès deux types de granodiorite, l'une située derrière une structure aquifère au laboratoire souterrain du Grimsel (GTS) en Suisse, l'autre au site de test in situ de Kamaishi (KTS) du JNC au Japon. Après avoir extrait la matrice rocheuse intacte par surcarottage, un vaste programme d'analyses pétrographiques, pétrophysiques et chimiques a été conduit sur des échantillons du matériel carotté hors de toute zone endommagée de la matrice rocheuse (p. ex. par le forage d'injection ou par l'excavation du tunnel). 

L'étude a montré que l'hétérogénéité minéralogique et structurale de la matrice non déformée de la granodiorite du Grimsel est significative et qu'elle influence fortement le type et le développement de la porosité dominante. On a pu distinguer quatre types différents de pores: des pores aux limites de grains, des pores de feuillets silicatés, des pores de dissolution et des pores de microfractures. Tous ces types de pores présentent un réseau interconnecté accessible à la résine en des laps de temps comme ceux des expérimentations. Des mesures de vitesse sismique (Vp) effectuées sur la roche imprégnée in situ et sur des échantillons au laboratoire, en fonction de la pression de confinement, de la saturation en eau et de l'orientation spatiale ont révélé une distinction nécessaire entre les pores de la matrice in situ et les pores induits artificiellement. La comparaison entre les techniques conventionnelles de détermination de la porosité et la nouvelle méthode consistant à analyser chimiquement la quantité de résine remplissant les pores a montré que les méthodes conventionnelles surestiment la porosité de matrice d'un facteur 2 à 2.5. 

Afin d'évaluer les implications de ces nouvelles données sur l'efficacité du retardement dans la géosphère des radioéléments relâchés au voisinage d'un dépôt, on a effectué des calculs de portée sur les évaluations de performance existantes pour deux dépôts. Ils ont montré que le calcul du retardement des radioéléments est relativement peu influencé par l'ampleur et de la porosité et du coefficient de diffusion dans les pores (pour les fourchettes de valeur observées dans les roches d'accueil typiques pour des dépôts). Toutefois, la distance de pénétration de la porosité interconnectée joue un rôle important, car une plus grande distance peut conduire à un retard significatif du moment d'apparition des radioéléments dans la biosphère et à une diminution significative du pic d'activité des radioéléments concernés. 

Cette étude montre que pour les deux types de granodiorites étudiées la porosité interconnectée peut être présente dans la matrice à des distances significatives (au moins plusieurs mètres) des structures aquifères. Bien qu'il faille encore répéter de telles investigations sur d'autres types de roche pour obtenir des résultats statistiquement significatifs, on peut déjà relever que les hypothèses actuellement admises sur les propriétés de retardement dans la matrice des roches d'accueil sont trop prudentes (pessimistes) et devront probablement être ajustées pour les futures évaluations de performance de dépôts. En outre, les résultats mettent en lumière le danger qu'il y a à simplement transposer des résultats de laboratoire sur les propriétés de la géosphère aux conditions in situ.