Technical Report NTB 08-12

L’acier au carbone est l’un des matériaux envisagés par la Nagra pour les conteneurs destinés au stockage des déchets de haute activité et des éléments combustibles usés dans un dépôt en couches géologiques profondes situé dans les Argiles à Opalinus. A l’issue d’une brève période aérobie, le conteneur se trouvera dans des conditions anaérobies pour la plus grande part de sa durée d’utilisation. Le taux de corrosion anaérobie est important non seulement pour estimer la durée de vie du conteneur, mais aussi pour déterminer le taux de production d’hydrogène.

1. recommander un taux (ou une fourchette de taux) relatif à la corrosion anaérobie à long terme des conteneurs en acier au carbone et
2. justifier l’usage de ce taux dans les analyses de sûreté basées sur une approche mécanistique de la structure et des propriétés des films protecteurs composés de produits de corrosion.

Un choix d’études réalisées dans le cadre de différents programmes d’évacuation des déchets radioactifs ont été consultées et complétées si nécessaire par des expériences émanant d’autres applications et des démonstrations apportées par les analogues archéologiques.

Le taux de corrosion de l’acier au carbone décroît en fonction du temps en raison de la formation d’un film protecteur à la surface de l’acier. Des différences ont été observées selon que l’environnement comportait ou non de la bentonite compactée. Dans un environnement sans argile compactée, la réaction de corrosion se ralentit progressivement au cours d’une période d’environ six mois jusqu’à atteindre un état stable en apparence, le taux de corrosion à long terme étant de l’ordre de 0.1 μm par an. Le film de surface se compose alors de magnétite doublée à l’intérieur d’une couche de type spinelle. Dans les systèmes d’argiles compactées, le taux de corrosion décroît plus lentement, une stabilisation n’intervenant qu’après plusieurs années. Des données expérimentales apparemment fiables semblent indiquer un taux de corrosion anaérobie de l’ordre de 1 – 2 μm⋅a^-1 en présence de bentonite compactée. Ici, les films protecteurs paraissent contenir du carbonate plutôt que de la magnétite.

Si l’on se base sur les études consultées, il ne semble pas y avoir d’objection à l’utilisation d’un taux de corrosion à long terme constant dans le cadre des analyses de sûreté. Le rapport passe en outre en revue les facteurs influant sur la structure et les propriétés du film protecteur, notamment les effets du passage de conditions aérobies à des conditions anaérobies sur la composition et la structure du film, l’éventuel écaillage du film protecteur, ainsi que l’effet de l’accumulation des produits de corrosion sur le taux de corrosion de l’acier sous-jacent.