Technical Report NTB 15-04

Le projet FEBEX (Full-Scale Engineered Barriers Experiment) avait pour objectifs principaux de démontrer la faisabilité du stockage horizontal des déchets de haute activité (DHA) dans une roche d’accueil cristalline, de valider la performance du système de barrières ouvragées (EBS, engineered barrier system) et d’améliorer la compréhension actuelle des processus thermo-hydro-mécaniques (THM) et géochimiques (THMC) dans les barrières ouvragées et naturelles.

Le projet FEBEX est articulé autour de l'essai in situ à l’échelle 1:1 réalisé au Laboratoire souterrain du Grimsel, dans lequel deux corps de chauffe simulant la présence de conteneurs DHA ont été mis en place et entourés de blocs de bentonite précompactée. Dès le début de la phase de chauffe, en 1997, une température constante de 100 °C a été maintenue à la surface des corps de chauffe pendant la lente hydratation de la bentonite par l'eau provenant de la roche granitique environnante. L’évolution respective de la température, de la saturation en eau, de l'humidité relative, de la pression totale, de la pression interstitielle et du déplacement a été contrôlée au moyen de 632 capteurs placés dans la bentonite et la géosphère. En 2002, après cinq ans de chauffe, l'EBS enveloppant le corps de chauffe n° 1 a été démantelé et étudié, le corps de chauffe n° 2 restant en fonctionnement.

À titre de référence indépendante, un mock-up à l'échelle d’environ 1:3 a été réalisé en con-ditions de laboratoire contrôlées au CIEMAT, à Madrid. Dans le mock-up, au contraire de l'essai in situ, la pression de l'eau parvenant dans la bentonite était maintenue constante par le biais d'un géotextile, pour assurer des conditions cadres bien définies. Le mock-up était doté d’un nombre considérablement plus élevé de capteurs que l'essai in situ. En complément de ces deux essais FEBEX à grande échelle, un vaste programme d’essais en laboratoire et d’essais de modélisation a été mis en place.

Au cours des quinze années de l’expérience, les performances de l'EBS ont largement répondu aux attentes. Les principaux processus et comportement couplés affectant la saturation de la bentonite au cours de la phase thermique initiale avaient été identifiés avant le début de l'expérimentation. Dans les deux essais, in situ et sur mock-up, et pour une grande part de la bentonite, un degré de saturation élevé a été atteint et une pression de gonflement significative a pu être constatée. Le manque d’homogénéité de la bentonite, en rapport avec la construction de l’expérience, a joué un rôle moins important que prévu, et les mesures de contrainte, saturation et température relevées en fonction de la distance du corps de chauffe se sont avérées relative-ment uniformes, présentant une certaine symétrie axiale. Pour l'essai in situ, ces résultats signifient que le processus de saturation a été dominé par la faible perméabilité de la bentonite saturée plutôt que par l'hétérogénéité de la masse rocheuse, plus perméable.

La modélisation des phénomènes THM a joué un rôle important dans le programme FEBEX, tant au cours des études de conception initiales que durant la période d'expérimentation. Les modèles ont été en mesure de prédire efficacement le développement initial et l'évolution continue de l'essai in situ et sur mock-up. Ceci a été rendu possible par l'identification des processus principaux, la caractérisation détaillée de la bentonite en laboratoire, la limitation de l’impact de l'hétérogénéité de la bentonite (présence de joints de construction, par exemple) et, pour l'essai in situ, l’absence d’impact de l'hétérogénéité de la géosphère. La modélisation (et les données des essais à grande échelle) ont cependant montré leurs limites lorsqu’il s’agit de différencier les processus susceptibles d'influencer la phase finale du processus de saturation.

La modélisation THC/THMC de la barrière d'argile a connu une amélioration significative au cours du projet FEBEX. Tout au long du projet, des codes THC/THMC ont été élaborés afin de traiter les couplages thermo-hydro-géochimiques observés, tout en incorporant les aspects importants du modèle conceptuel THC.

En résumé, les essais FEBEX in situ et sur mock-up ont permis d'obtenir pour la première fois un aperçu de l'évolution de l'EBS à échelle réelle et sur une période de 15 ans, ce qui correspond à une part importante des premières phases de l'évolution de l'EBS dans l’environnement du dépôt. La démonstration de la mise en oeuvre du concept a été réalisée au cours des premières années du projet, durant les phases de construction et d'opération de l'essai in situ. Le développe¬ment dans la bentonite d'une couche externe caractérisée par une faible perméabilité, un haut degré de saturation, des pressions de gonflement importantes et l’absence de toute indication d'écoulement préférentiel, démontre une performance de la bentonite conforme aux attentes au cours du temps, à mesure de l'augmentation du degré de saturation. Le démantèle-ment final de l'essai in situ en 2015 sera par ailleurs l'occasion d'acquérir de nombreuses infor-mations sur l'état des blocs de bentonite, l'action de la corrosion, ainsi que les processus géochimiques et microbiens, et de mieux appréhender le processus d'évolution de la bentonite mise en place autour des conteneurs. Les données viendront en outre renforcer les modèles THM/THMC et ainsi améliorer leurs capacités prédictives au long terme.