Technischer Bericht NTB 08-05

En vertu du plan sectoriel «Dépôts en couches géologiques profondes» (BFE 2008), les producteurs de déchets doivent, dans le cadre de la sélection de sites de stockage, commencer par soumettre des propositions de domaines d’implantation pour les dépôts en profondeur, destinés l’un aux déchets de faible et de moyenne activité (DFMA), l’autre aux déchets de haute activité (DHA). Ces propositions, élaborées par la Nagra pour la première étape de la procédure de plan sectoriel, sont exposées et justifiées dans Nagra (2008b). 

Le plan sectoriel dicte une démarche en cinq phases. La première consiste à répartir l’inventaire des déchets entre les dépôts pour DFMA et DHA, tout en prévoyant également des réserves pour des développements futurs. La seconde phase vise à définir, en tenant compte de cette répartition, le concept de sûreté et le système de barrières pour chacun des dépôts. Dans la perspective de l'évaluation des sites d'implantation géologiques, il faut ensuite définir les objectifs et exigences quantitatifs et qualitatifs qui s'appliquent à la géologie. Il s’agit en particulier de la période à considérer, des besoins en espace du dépôt, des propriétés de la roche d'accueil (profondeur, épaisseur, extension latérale, conductivité hydraulique), de la stabilité à long terme, de la fiabilité des prévisions géologiques et de la faisabilité technique.

Les phases 3 à 5 concernent l’évaluation des options géologiques. La troisième phase consiste à évaluer la situation géotectonique à large échelle afin de sélectionner les secteurs à étudier plus en détail. La quatrième vise à délimiter, à l’intérieur de ces secteurs, les roches d’accueil privilégiées. La cinquième concerne enfin l’évaluation des configurations, c’est-à-dire la disposition spatiale des roches d’accueil privilégiées au sein des secteurs retenus. C’est alors que des domaines géologiques d’implantation peuvent être délimités.

Le présent document complète le rapport de la Nagra consacré aux propositions de domaines d’implantation géologiques (Nagra 2008b). Il motive la répartition des déchets entre les dépôts pour DFMA et DHA, définit le concept de sûreté et le système de barrières et justifie les exigences relatives à la géologie formulées pour les dépôts (phases 1 et 2); ces données servent ensuite à sélectionner les domaines d’implantation par élimination progressive (Nagra 2008b). Le présent rapport n’est pas une analyse de sûreté conventionnelle; il ne se rapporte pas non plus à des dépôts géologiques concrets où le site et la roche d’accueil sont déterminés. Le but est bien plus de dégager un ensemble d’exigences à respecter, en se basant sur des observations relatives à la sûreté des dépôts et sur l’expérience acquise. Les analyses de sûreté proprement dites interviendront lors des étapes ultérieures (2 et 3) de la procédure de plan sectoriel.

Les principaux résultats obtenus sont résumés ici.

Attribution des déchets 

Selon BFE (2008), la répartition des déchets entre les dépôts, ainsi que la sélection, puis l’aménagement des sites d’implantation des dépôts en couches géologiques profondes doivent être basés sur un ensemble de propriétés relatives aux déchets, à savoir l’inventaire, la période radioactive, l’activité et la radiotoxicité des radionucléides ayant un impact sur la sûreté, tout comme leur évolution dans le temps. Il faut en outre considérer le volume des déchets, les propriétés des matériaux et leur interaction potentielle avec la roche d’accueil, la production de chaleur, ainsi que la teneur en composants pouvant générer des gaz (métaux, matières organiques) et en agents complexants. Les déchets sont attribués aux différents dépôts sur la base de la description de leurs propriétés. Pour ce faire, ils sont répartis en trois catégories: DHA, DAT et DFMA, conformément à l’ordonnance sur l’énergie nucléaire (KEV 2004). La description révèle que les propriétés des DHA les distinguent nettement aussi bien des DAT que des DFMA. Le concept initial est donc confirmé: ces déchets doivent être évacués dans un dépôt séparé, doté d’un système de barrières ouvragées spécifiquement conçu pour leur stockage.

Les DAT et les DFMA diffèrent au niveau de leur radiotoxicité respective, de l’activité et du dégagement de chaleur, sur le plan des valeurs absolues comme sur celui, en particulier, de l’évolution dans le temps. Mais pour beaucoup d’autres propriétés, ces deux types de déchets radioactifs présentent de grandes similarités, notamment pour ce qui est de l’inventaire des matériaux.

Un dépôt commun pour DAT et DFMA est parfaitement envisageable. L’expérience montre en effet qu’un tel dépôt peut satisfaire aux exigences de sûreté formulées par les autorités s’il est aménagé dans une roche d’accueil et un site géologique favorables. En revanche, elle révèle aussi qu’un petit nombre de déchets appartenant à ces catégories génèrent une grande partie des doses calculées. Si ces déchets spécifiques sont stockés ailleurs, les exigences vis-à-vis des barrières géologiques se réduisent d’autant pour un même niveau de sûreté, ce qui permet d’avoir un plus grand choix lors de la sélection des domaines d’implantation appropriés. D’où la décision de maintenir la conception initiale de deux dépôts, l’un pour DHA avec un secteur pour DMAL et l’un pour DFMA; les DAT et DFMA émettant les plus fortes doses seraient ainsi attribués au secteur DMAL du dépôt DHA afin de limiter les contraintes géologiques pour le dépôt des DFMA. Les DAT et DFMA sont répartis entre les deux dépôts sur la base de calculs de doses génériques, du fait que, pour ces deux types de déchets, l’inventaire des matériaux et les taux de génération des gaz sont très similaires; de plus, les dépôts pour DHA (y compris secteur DMAL) et pour DFMA sont conçus de manière à ce que les perturbations du stockage dues aux déchets n’aient pas d’impact significatif sur la sûreté à long terme.

Sur la base de ces observations, la proposition de la Nagra comprend deux options: elles se différencient par les exigences minimales relatives à la perméabilité hydraulique à large échelle de la roche d’accueil dans le dépôt DFMA, qui s’élève respectivement à 10^-10 m/s et 10^-9 m/s. Logiquement, le volume de déchets attribué au dépôt DFMA est légèrement inférieur lorsqu’on postule une perméabilité de 10^-9 m/s. L’évaluation des propriétés géologiques montre qu’il existe en Suisse suffisamment de roches d’accueil appropriées ou de formations assurant un bon confinement où la perméabilité hydraulique à large échelle est d’au moins 10^-10 m/s. C’est par conséquent la répartition des déchets correspondant à cette option qui servira de référence, tandis que l’option 10^-9 m/s constituera la solution de réserve. Dans les deux cas, l’ensemble des DAT est attribué au dépôt pour DHA (secteur DMAL). Par ailleurs, dans la répartition de référence, on attribue un peu moins de 1% du volume des DFMA au dépôt DHA (secteur DMAL); pour l’autre variante, ce chiffre s’élève à un peu moins de 10%.

Système de barrières et concept de sûreté

Le système de barrières décrit les caractéristiques fonctionnelles des diverses barrières, ouvragées et géologiques, du dépôt en profondeur. Il repose sur une succession de barrières de sûreté passives, constituées par les matrices de déchets, les conteneurs de stockage final, le comblement des galeries souterraines, le comblement et le scellement des ouvrages souterrains, la roche d’accueil et les éventuelles formations encaissantes ainsi que la situation géologique.

Le concept de sûreté montre comment ces différentes barrières, ouvragées et géologiques, contribuent à garantir la sûreté, en particulier quelles fonctions elles remplissent à cet égard: séparation physique des déchets de l’environnement humain, stabilité à long terme, confinement des radionucléides, retardement du relâchement de ces derniers, rétention des radionucléides dans le champ proche et dans la géosphère et enfin garantie d’un faible taux de relâchement.

Dans le concept de sûreté choisi, tant les barrières ouvragées que les barrières géologiques (roche d’accueil, éventuelles formations rocheuses encaissantes et situation géologique) contribuent de façon significative à la capacité de confinement de l’ensemble du système. Une solution de confinement qui ne ferait intervenir que les barrières ouvragées n’entre pas en ligne de compte, car elle ne serait pas conforme aux exigences posées par les autorités.

Le présent rapport précise également dans quelle mesure chaque élément du système de barrières contribue à la sûreté de l’ensemble. Dans les deux types de dépôts, la radiotoxicité décroit pour une grande part alors que les déchets sont confinés à l’intérieur des barrières ouvragées, par immobilisation des radionucléides et désintégration des radioéléments. La décroissance radioactive se poursuit durant le transport à travers la roche d’accueil, si bien que la part des radionucléides qui parvient à quitter le système de barrières techniques et géologiques ne représente plus qu’une infime fraction de la radiotoxicité initiale. Les doses restent ainsi bien en dessous de l’objectif de protection. 

Exigences relatives à la géologie

Les exigences auxquelles doit satisfaire la géologie sont fixées en deux étapes. On définit tout d’abord les indicateurs correspondant aux critères énoncés dans le plan sectoriel « Dépôts en couches géologiques profondes » et utilisés dans la procédure de détermination des domaines d’implantation géologiques. En second lieu, on fixe les exigences et en particulier les échelles d’évaluation relatives à ces indicateurs. 

Pour déterminer les indicateurs, on part des fonctions de sûreté mentionnées plus haut, auxquelles s’ajoutent une série de principes généraux concernant la construction sûre des dépôts profonds et la fiabilité des connaissances géologiques. On définit ensuite un ensemble d’indicateurs, avec les exigences et échelles d’évaluation correspondantes, grâce auxquels il sera possible, par élimination progressive, de désigner des domaines géologiques où il est possible de construire des dépôts profonds qui assument les fonctions de sûreté nécessaires, respectent les principes généraux posés et qui garantissent la sûreté de manière adéquate.

Les exigences et les échelles d’évaluation relatives aux indicateurs sont définies à partir de calculs de relâchement des radionucléides, de modélisations concernant le comportement de certaines barrières ou propriétés, des mesures effectuées, de l’expérience acquise et de critères de qualité.

Les caractéristiques ci-après sont considérées comme particulièrement importantes pour l’évaluation des domaines d’implantation. Cette appréciation repose sur les réflexions générales menées sur la sûreté et sur les expériences tirées d’analyses antérieures des systèmes et de la sûreté.

• Pour la désignation de secteurs géotectoniques appropriés (phase 3), la situation géologique (géodynamique et néotectonique, élévation ou érosion) est déterminante, de même que la configuration spatiale spécifique et son explorabilité (caractéristiques des perturbations régionales et des couches rocheuses).

• Pour la désignation de roches d’accueil potentielles et de formations rocheuses assurant un bon confinement (phase 4), les éléments déterminants sont: les propriétés des roches (en particulier la stabilité de leur caractéristiques (risque d’érosion karstique), la perméabilité hydraulique et – pour les roches sédimentaires – leur pouvoir d’auto-cicatrisation), en tenant compte de la subduction, mais aussi la probabilité de trouver des roches dans une configuration appropriée (épaisseur, profondeur minimale et maximale, extension latérale) et la faisabilité technique.

• Pour la désignation de formations appropriées (phase 5), la configuration géologique de la région considérée est déterminante. Les facteurs essentiels sont l’épaisseur de la couche rocheuse à une profondeur appropriée (profondeur minimale, en raison de l’érosion de surface et de l’érosion glaciaire en profondeur, ainsi que de la décompaction des roches; profondeur maximale, en fonction des impératifs de construction) et son extension latérale (compte tenu des éléments géologiques régionaux) ainsi que la situation géotectonique locale.

Ces considérations font partie intégrante de la procédure de sélection par élimination progressive. Elles sont utilisées sous la forme d’exigences minimales ou impératives pour désigner, puis évaluer les domaines géologiques.