Technical Report NTB 93-09

L'actuelle stratégie de la Nagra prévoit l'élimination des déchets de haute activité et de moyenne activité à vie longue dans un dépôt final aménagé dans une formation géologique profonde. Le sous-sol cristallin du nord de la Suisse a été identifié pour servir de roche d'accueil potentielle à un dépôt final de ce type. En 1981, un plan devant se dérouler en trois phases a été élaboré et entrepris en vue de la caractérisation géologique. Le programme Cristallin-I comprend une synthèse des résultats des recherches régionales de terrain de la Phase l, recherches qui ont d'ailleurs été récemment terminées. Cette synthèse se base largement sur le concept de dépôt final qui avait été présenté dans le Projet Garantie 1985 (PG'85; Nagra 1985). En 1988, les autorités suisses chargées de la sûreté des installations ont présenté leur expertise du Projet Garantie; pour elles, PG'85 a démontré la faisabilité technique fondamentale de ce dépôt final et montré en plus que le concept de stockage final présenté pourrait garantir une sûreté suffisante pour les déchets vitrifiés de haute activité (DHA). Mais les données géologiques disponibles à l'époque étant limitées, les autorités ont exigé une preuve de site plus convaincante pour les possibilités de stockage final en Suisse. Dès 1988, on a donc procédé à des recherches sur des formations sédimentaires, simultanément aux études sur la roche d'accueil cristalline.

Le programme Cristallin-I poursuit les principaux objectifs suivants:

• Compléter et actualiser les études du PG'85, en perspective surtout de la large base de données géologiques actuellement disponibles et de la meilleure compréhension des mécanismes et processus importants pour l'analyse de sûreté.
• Documenter la Phase I terminée et intégrer les résultats afin que les régions potentielles soient sélectionnées sur une base solide, dans le but de fournir la preuve du site.
• Préparer les données techniques les plus actuelles en matière de planification de la gestion nucléaire et établir les priorités des futurs projets de recherche.

 Ce rapport donne une vue exhaustive de l'ensemble du projet. Il est complété par deux rapports techniques de synthèse, l'un contenant les résultats des études géologiques (Thury et al. 1994), l'autre documentant l'analyse de sûreté qui lui est liée (Nagra 1994). Ces rapports de synthèse se fondent quant à eux sur de nombreuses publications plus spécialisées, parues pour la plupart dans la série des rapports techniques de la Nagra (NTB).

La sélection du socle cristallin du nord de la Suisse comme roche d'accueil potentielle s'est faite sur la base de critères tels que la bonne prévisibilité à long terme des conditions géologiques, les propriétés hydrogéologiques potentiellement favorables, la faible sismicité, l'absence de ressources naturelles exploitables, ainsi que les caractéristiques mécaniques et techniques (construction) favorables de la roche. La caractérisation régionale réalisée au cours de la Phase I a compris d'importantes analyses sismiques ainsi que la réalisation de sept forages profonds (1300 à 2500 m), analysés en détail. La cartographie géologique et les investigations hydrogéologiques et hydrochimiques ont été réalisées dans la région de recherche et à côté, dans le sud de la Forêt-Noire où le socle cristallin affleure.

Les progrès réalisés depuis la parution du PG'85 sont évidents tant au niveau de la meilleure compréhension géologique du socle dans les zones concernées, qu'à celui de la représentation des informations ainsi acquises dans une base de données géologiques en vue de l'analyse de sûreté. Ils concernent notamment:

• La mise au point d'un modèle tectonique sensiblement amélioré de la région, permettant de décrire deux sous-régions potentielles (zones Ouest et Est) et de comprendre la répartition d'importantes zones de perturbations à l'intérieur de ces zones; un modèle statistique a alors pu être créé.
• La mise au point de toute une série de modèles hydrogéologiques, sur la base d'une synthèse de mesures hydrauliques plus étendues, tenant compte directement aussi du modèle structural développé et étant délimités par des mesures géochimiques et isotopiques régionales.
• La caractérisation détaillée de tous les systèmes aquifères observés dans les forages profonds. Les informations ainsi obtenues ont été regroupées en des représentations modélisées de trois systèmes. Ces descriptions sont étayées par de nouvelles études bibliographiques et permettent de définir les propriétés importantes de sorption et de diffusion matricielle de ces voies d'écoulement.
• Le regroupement des données hydrochimiques et isotopiques sur une base régionale, permettant d'offrir une image homogène de l'évolution des eaux souterraines sur la base d'interactions entre la roche et l'eau: Cela montre non seulement des modèles généraux d'écoulement des eaux souterraines dans le socle cristallin, mais forme aussi la base de la définition des eaux de référence des deux sites possibles.
• Enfin, l'analyse de l'évolution géologique possible à long terme a étayé les deux scénarios cadre du PG'85 – en perspective surtout de la quantification des soulèvements de terrain attendus, des phénomènes d'érosion et des mouvements le long des zones de perturbations de différentes grandeurs, dans la région concernée et au cours d'une période allant jusqu'à un million d'années.

 Par ailleurs, le rapport de géosynthèse intègre toutes les informations clés obtenues jusqu'à présent, qui dans leur ensemble accroissent la confiance dans les concepts développés dans diverses branches techniques (tectonique, hydrogéologie, géochimie, etc.).

Sur la base de la structure géologique escomptée, une certaine conception du dépôt final a été définie: des zones de galerie destinées à l'emmagasinage des DHA sont aménagées dans le socle cristallin de faible perméabilité, entre les perturbations régionales subverticales. Pour l'inventaire de référence par exemple (déchets provenant de l'exploitation des centrales nucléaires de 3 GW(e) existantes, prévue sur une durée de 40 ans), il suffirait de disposer de trois zones de dépôt aménagées dans des blocs rocheux d'environ 0.3 km². A une profondeur référence d'environ 1000 m au-dessous de la surface du sol, les galeries de stockage seraient recouvertes par 100 m au moins de roche d'accueil faiblement perméable, plusieurs centaines de mètres de roche cristalline plus fortement perméable et quelques centaines de mètres de roche sédimentaire. La conception de ce dépôt final comprend aussi des silos pour le stockage définitif des déchets de moyenne activité à vie longue, ce qui n'a toutefois pas fait l'objet d'études plus poussées dans le cadre du programme Cristallin-I.

La planification stratégique de l'élimination des déchets en Suisse tient compte aussi d'autres scénarios de production d'énergie nucléaire, ainsi que de l'option du stockage final direct des futurs éléments combustibles usés, ce qui n'a toutefois pas fait l'objet d'études plus poussées dans le cadre de la synthèse du programme Cristallin-I.

Comme on l'a présenté dans PG'85, les DHA vitrifiés seraient confinés dans une coquille en acier massif, placée dans un conteneur en acier inoxydable, lui-même emmagasiné dans des galeries horizontales, remplies de bentonite hautement compactée. Depuis le PG'85, les méthodes et bases de données utilisées pour l'analyse de sûreté de ce concept de dépôt final ont été quelque peu améliorées, notamment par:

• L'adoption d'une rigoureuse méthode de mise au point et d'analyse des scénarios, qui documente la compréhension du système de manière plus complète et réalisable et permet de structurer de manière plus logique les nombreux calculs effectués.
• L'amélioration du développement conceptuel des modèles, permettant de mieux représenter les systèmes étudiés, notamment en ce qui concerne la structure des systèmes aquifères dans la roche d'accueil, qui sert de base à la modélisation du transport des radionucléides à travers le dépôt final.
• L'extension des capacités de la chaîne de modèles utilisés pour les calculs – compte tenu notamment du retard des radionucléides du champ proche dans la bentonite; cela permet de considérer la sorption non linéaire et le transport des colloïdes dans le champ éloigné.
• Des bases de données améliorées et mieux justifiées pour calculer le relâchement et le transfert des nucléides (solubilités, coefficients de sorption, etc.).
• Des calculs géomécaniques et thermiques pour soutenir les études du concept, qui montrent comment utiliser des blocs rocheux relativement petits dans le socle cristallin faiblement perméable.
• L'utilisation de procédures permettant d'améliorer l'assurance de la qualité (calculs entièrement réalisables, expertises par d'autres spécialistes de la gestion des déchets).
• De considérables efforts pour vérifier et valider les modèles, dans le cadre souvent d'études internationales et en recourant à des analogues naturels et des expériences spécifiques.
• L'actualisation des résultats des analyses de sûreté, afin de pouvoir comparer avec d'autres analyses de sûreté des dépôts finals et d'évaluer d'autres risques potentiels pour l'environnement.

Partant d'hypothèses de modèles et de données légèrement pessimistes (le cas de référence), une analyse indique que le relâchement maximum des radionucléides, dû surtout au Cs-135, serait de deux ordres de grandeur de moins que la valeur prescrite dans les directives, et inférieur de trois à quatre ordres de grandeur au taux d'irradiation naturel en Suisse. On ne prévoit en effet pas de relâchement au cours des 10'000 premières années; les faibles relâchements susceptibles d'apparaître n'atteindraient leur maximum qu'au bout de plus de 100'000 ans.

Le comportement global du système de dépôt final est dominé par le champ proche – la roche d'accueil contribue de manière essentielle à la protection physique des barrières techniques et garantit un écoulement relativement faible des eaux souterraines à travers le dépôt final. Dans le cas de référence, on suppose, sur la base de données restreintes, une description très pessimiste des structures dans lesquelles l'eau souterraine s'écoule à travers le socle cristallin – d'autres descriptions indiquent que la géosphère pourrait aussi jouer un rôle important en tant que barrière.

On tient compte de l'incertitude du comportement à long terme du système de dépôt final, en analysant toute une série d'autres scénarios possibles. On définit notamment un scénario robuste, pour lequel on dispose, sur la base d'hypothèses très pessimistes, d'estimations limites sur les effets des paramètres et des processus. Même la combinaison extrêmement pessimiste de paramètres et hypothèses de modèles pessimistes eux aussi, dans le cadre de ce scénario, ne conduit pas à des doses qui dépassent les valeurs prescrites par les autorités.

Il ressort des résultats du projet Cristallin-I que le socle cristallin est une option d'accueil que l'on a retenue pour le dépôt final DHA. Une stratégie d'investigation a donc été mise au point pour les Phases Il et III de la caractérisation du site depuis la surface et depuis le sous-sol. Pour commencer, cela comprend des analyses sismiques de résolution élevée et une série de forages inclinés, permettant de clarifier encore les questions clés concernant l'extension latérale de blocs adéquats à l'intérieur du socle cristallin. Vu la prochaine date la plus importante du programme DHA – Projet Preuve de l'élimination d'ici l'an 2000 – il est prudent de minimiser les risques de retard ou de complications géologiques en concentrant la Phase Il sur le site d'un forage profond existant, où l'on s'attend à trouver des conditions locales favorables (par exemple Leuggern ou Böttstein).

La méthodologie et les bases de données mises au point dans le projet Cristallin-I forment une infrastructure destinée à l'analyse d'autres types de déchets, qui seraient emmagasinés dans un dépôt final profond DHA (éléments combustibles et divers types de déchets de moyenne activité à vie longue), ainsi qu'à l'évaluation des possibilités de l'argile à Opalinum considérée comme roche d'accueil potentielle. Le cas de référence du projet Cristallin-I sert à comparer le comportement attendu de différentes combinaisons de types de déchets et de roche d'accueil.

La documentation de la compréhension du système dans le cadre du développement du scénario permet d'identifier des incertitudes pouvant être importantes. Cela sert de base à l'élaboration d'une liste plus détaillée d'objectifs de recherche. L'analyse de sensibilité réalisée dans le cadre de l'analyse de sûreté du programme Cristallin-I permet d'évaluer l'importance relative de paramètres individuels, ce qui est à la base des priorités de recherche posées. La documentation technique de Cristallin-I est aussi à la base d'aspects d'information pouvant être accessibles à un public plus large. L'information de la population des régions de recherche prend toujours plus d'importance, vu que le programme DHA passe à la phase de la caractérisation du site, tant pour l'option du socle cristallin que pour celle de l'argile à Opalinum. Pour promouvoir l'acceptation publique, les procédures utilisées doivent être aussi transparentes que possible. Planifié dans cette optique, le projet Cristallin-I doit fonder les futures études de ce type.

En perspective de I'évolution à long terme d'une stratégie DHA nationale, la synthèse Cristallin-I a quelques points clés, notamment la confirmation du fait que la roche est suffisamment prometteuse et que donc d'autres investigations sont envisageables et qu'on peut procéder à la sélection des meilleurs sites. Mais il est important de noter que, même si les recherches donnent des résultats très positifs, le site spécifique choisi a peu de chance d'être le site qui sera retenu pour le dépôt final. Au niveau local, I'amélioration de I'accès au puits conduirait certainement à de nouvelles zones pour le puits. Au niveau régional, les longs espaces de temps disponibles pour la réalisation signifient qu'il n'est pas exclu de faire des comparaisons avec d'autres sites du socle cristallin; au niveau national, il est par ailleurs possible de construire un dépôt final dans I'argile; et au niveau international, c’est bien sûr la possibilité d'une collaboration qui s'impose. Bien que le programme Cristallin-I et le prochain Projet Preuve de I'élimination 2000 ne permettent certainement pas la réalisation immédiate ni même prochaine d'un dépôt final DHA, leur objectif consiste néanmoins à fournir à la population suisse la preuve convaincante et complète que nous pouvons, si nécessaire, construire le dépôt final DHA à I'intérieur de nos propres frontières, ce qui reste un élément clé de la stratégie à long terme que nous poursuivons en matière de gestion des déchets radioactifs.