Technischer Bericht NTB 86-26

Structure du socle cristallin dans le nord de la Suisse

Le socle cristallin du nord de la Suisse affleure dans le sud de la Forêt-Noire. Sur la base de recherches géologiques réalisées dans cette région, on a donc tiré des conclusions sur la répartition en surface probable des différents types de roche. On a considéré pour cette étude une surface d'environ 1100 kilomètres carrés, dont une carte représente la répartition des principaux groupes lithologiques (granites; gneiss, micaschistes, anatexites; porphyres filoniens). Ces données ont permis de procéder à trois évaluations statistiques différentes: on a calculé pour le granite une surface moyenne de 59 à 71 pour cent, les gneiss couvrant quant à eux 25 à 38 pour cent de la surface totale du socle cristallin. On peut supposer une répartition similaire également pour le socle cristallin du nord de la Suisse. Suite aux recherches menées dans le sud de la Forêt-Noire, mais aussi sur la base de connaissances acquises par les sondages de la Nagra, on a pu pronostiquer l'extension des roches cristallines dans le sous-sol du nord de la Suisse. Des perturbations, qui délimitent de leur côté des structures de bloc, sont définies à l'aide de leurs rejets et longueurs cartographiées. Dans le sud de la Forêt-Noire, de nombreuses perturbations assez petites semblent être des zones à kakirites de quelques centaines de mètres de long et de 0,5 à 2 mètres de large. Ces petites perturbations se caractérisent par des rejets fréquemment inférieurs à un mètre. C'est pourquoi la zone située à l'intérieur des blocs peut être qualifiée de tectoniquement «stable».

Essais hydrauliques pour la détermination des systèmes d'écoulement d'eau

Une caractéristique typique des roches cristallines consiste en ce que les mouvements d'eau déterminants se limitent à des diaclases et veines discontinues. C'est ce qui ressort clairement des forages profonds réalisés par la Nagra dans le nord de la Suisse: l'eau du socle cristallin n'afflue généralement dans le forage qu'en des points discrets. Pour qu'un écoulement d'eau dans la formation cristalline puisse se dérouler sur d'assez longues distances, les diaclases doivent former un système de réseau de diaclases reliées les unes aux autres. Les forages profonds ont permis d'obtenir les renseignements les plus divers à propos des systèmes d'écoulement d'eau. Les informations géologiques acquises grâce aux carottes, ainsi que les résultats des analyses hydrauliques et géophysiques de forage permettent de distinguer différents systèmes d'écoulement d'eau. La localisation de points de recharge d'eau discontinue dans le forage s'est faite à l'aide de la diagraphie des fluides. On a effectué des tests d'obturateurs, en vue de la caractérisation hydraulique des systèmes d'écoulement observés dans le forage, et procédé à des observations à long terme, en recourant à un système d'obturateurs multiples.

Caractérisation géologique des systèmes d'écoulement d'eau

Dans la zone des points de recharge d'eau, les carottes extraites des forages profonds ont été soumises à une analyse pétrographique et pétrophysique détaillée. Il s'est avéré que les voies d'écoulement d'eau dans les forages profonds de la Nagra sont liées aux éléments et structures suivants:

• Veines, diaclases et filons ouverts, minéralisés hydrothermiquement, macroporeux à drusiformes
• Roches filoniennes aplitiques et pegmatitiques avec diaclases ouvertes
• Diaclases ouvertes dans les gneiss.

Les diaclases aquifères se trouvant dans le granite ont des bordures plus ou moins épaisses de terrains encaissants d'altération hydrothermale. Ces bordures révèlent une microporosité ouverte plus importante, ainsi que les résultats de la détermination de porosité par injection de mercure le montrent. Lors du transport des radionucléides, leur rétention accrue aura donc lieu, suite à la diffusion dans la matrice et à la sorption dans ces bordures poreuses.

Effets des zones de perturbations sur les mouvements de l'eau

Le modèle hydrodynamique local FEM301 a permis de calculer l'influence de zones de perturbations hydrauliques profondes sur les mouvements de l'eau dans la géosphère. Les résultats ne montrent que des altérations négligeables dans le cristallin supérieur. Par contre, de fortes influences ont été constatées à la base du cristallin moyen, d'une puissance de 500 mètres. On relève une baisse nette du potentiel hydraulique le long des zones de perturbations NW-SE d'Eggberg et de Vorwald. Une modélisation bidimensionnelle affinée, réalisée avec le programme FREESURF, a également été vérifiée pour quatre scénarios. Un écart minimum de 200 mètres entre le dépôt final et la zone de perturbation a été supposé pour tous les scénarios, qui diffèrent par la position relative de la zone de perturbation par rapport au dépôt final. Le cas où la zone de perturbation est située directement au-dessus du dépôt final s'est avéré le plus défavorable. On constate une différence de 7 pour cent entre l'écoulement d'eau total à travers le dépôt final, pour ce cas, et le cas sans zone de perturbation. Les vitesses moyennes d'écoulement peuvent être jusqu'à 60 pour cent plus élevées, les voies d'écoulement jusqu'à 2,5 fois plus courtes.

Effets sur les doses individuelles

Les calculs de diffusion des radionucléides relâchés hors d'un dépôt final permettent d'exprimer l'influence des zones de perturbations hydrauliques sur les mouvements d'eau en termes de radioexposition potentielle d'une population future. Pour les calculs, on est parti de l'hypothèse que l'ensemble de la voie de transport du dépôt final à la zone de perturbation ou au cristallin supérieur passe par les roches filoniennes. Du fait de la capacité de sorption de la roche, plus basse le long de diaclases ouvertes dans des roches filoniennes que le long de celles dans les zones à kakirites, c'est là une hypothèse très prudente. On n'a pas supposé d'autres retards pour le transport dans la zone de perturbation hydrauliquement active et dans le cristallin supérieur. Les calculs ont toutefois montré que les effets de zones hydrauliquement actives sont de moindre importance par rapport à d'autres paramètres. Même dans l'hypothèse la plus pessimiste, les doses restent toujours nettement au-dessous de la directive de 10 mrem par an.