Technical Report NTB 89-19
Experiments on container material for Swiss high-level waste disposal projects Part IV
L'un des concepts de stockage définitif des déchets de haute activité en Suisse consiste en un dépôt final implanté à une profondeur de 1000 à 1500 m dans le socle cristallin du nord de la Suisse. Les déchets seraient enfermés dans des conteneurs qui devraient constituer des barrières de haute intégrité durant 1000 ans au moins.
Le présent rapport est le quatrième et dernier de la série en cours relative à l'évaluation des matériaux potentiels pour la réalisation de ces conteneurs. Dans le premier de ces rapports quatre matériaux avaient été retenus pour une évaluation plus poussée, à savoir l'acier coulé, la fonte nodulaire, le cuivre et le Ti-code 12. Le cuivre et l'acier coulé ont fait l'objet d'une évaluation supplémentaire, sans préjudice à l'égard des qualités techniques des deux autres matériaux. La plus grande partie des travaux expérimentaux se sont concentrés sur ce dernier matériau, les données relatives au cuivre étant plus complètes.
Les principaux efforts ayant jusqu'ici fait l'objet de rapports se sont appliqués à démontrer que les taux de corrosion généralisé et local de l'acier coulé dans des eaux souterraines des types prévus étaient acceptables. On s'attend à trouver des taux de corrosion à long terme inférieurs à 20 μm/a et des conditions telles que d'importantes variations locales des taux de corrosion ou la formation de crevasses soient peu probables.
Le présent rapport traite deux autres aspects très importants. Le premier était de démontrer que des conteneurs en acier coulé ne seraient pas menacés par corrosion sous tension. Le second concerne l'évolution de l'hydrogène produit par la réduction de l'eau; l'hydrogène produit par la corrosion peut constituer un problème s'il est formé plus rapidement qu'il ne peut s'échapper par diffusion comme substance en solution, si par exemple il forme des poches ou bulles de gaz qui pourraient entraîner une augmentation de pression ou modifier le processus de transport dans le champ proche par des phénomènes de déplacement, de dégazage ou de force ascensionnelle.
Les résultats expérimentaux sur des échantillons préalablement fissurés n'ont pas révélé de susceptibilité de l'acier coulé à la corrosion sous tension dans des conditions modélisant un dépôt final. On n'a pas détecté de croissance de fissures sur des échantillons DCB exposés sous conditions aérobies et anaérobies dans des eaux souterraines de 80 et de 140°C durant 16 – 24 mois. Cela suggère que le taux de croissance de fissures maximum possible se situe en dessous de 0.1 mm/a ou que les durées d'incubation sont exceptionnellement longues dans toutes les conditions d'essais considérées. Les résultats des essais à taux de déformation constant démontrent la possibilité que les inclusions aient une influence sur le comportement en corrosion sous tension. L'acier coulé est retenu comme matériau candidat pour la réalisation de conteneurs pour déchets de haute activité.
Ainsi qu'on s'y attendait suite à des considérations thermodynamiques, on n'a pu détecter d'hydrogène provenant de cuivre immergé dans des eaux souterraines modèles à 50°C.
De l'hydrogène est dégagé par la corrosion de l'acier sous conditions anaérobies. Le taux de dégagement le plus élevé, sous conditions d'équilibre dans une eau souterraine modèle, était de 2,5 ml (NTP) m-2 h-1 à 50°C pour l'eau modèle de Böttstein, ce qui correspond à un taux de corrosion de 7 μm/a; il était plus faible à 25°C comme à 80°C. On a toutefois obtenu des valeurs plus élevées dans des boues de bentonite diluées. Le taux d'évolution d'hydrogène est indépendant de la teneur en chlorures pour des concentrations de 0 à 8000 mg/litre, mais il diminue d'un facteur 10 lorsque le pH passe de 7 à 10.
L'évolution d'hydrogène causée par la corrosion du fer ou de l'acier dans un dépôt final pour déchets radioactifs doit être prise en compte dans toute analyse de sûreté: les quantités produites peuvent être significatives.
Ce rapport met un point final à la phase présente des essais de corrosion conçernant les dépôts finals suisses pour déchets de haute activité. Les résultats obtenus à ce jour suggèrent que l'acier coulé, ainsi que le cuivre, conviennent comme matériaux pour la réalisation de conteneurs. Comme le comportement en corrosion des deux matériaux dépend des conditions de service, particulièrement de la durée de la phase aérobie, du chimisme et de la température de l'eau souterraine, des essais complémentaires devraient être entrepris lorsqu'un site spécifique aura été identifié.