Technischer Bericht NTB 91-13

Sur la base de constatations géologiques, on a étudié l'influence de la température et de la pression sur des bentonites naturelles au potassium, afin d'évaluer la stabilité à long terme, sous conditions régnant dans un dépôt final pour déchets de haute radioactivité, de bentonites compactées. On a choisi pour cela des bentonites au potassium de l'Ordovicien en provenance de Kinnekulle (Suède) et du Crétacé supérieur de l'Etat du Montana (USA). A titre de comparaison on a également étudié une illite provenant de France et une autre d'origine hongroise. Par minutieuse séparation de la fraction granulaire < 0.2 μm des bentonites au potassium et l'analyse des éléments des diverses couches résultantes, pratiquement pures, on a obtenu un taux de potassium fixé dans les structures des minéraux argileux de 38 – 90 % dans les diverses couches et de 2.4 – 4.9 % sous forme de K₂O. Sur la base de l'aptitude d'échanges de cations et du potassium fixé dans les couches intermédiaires, on a pu calculer selon la formule, pour les diverses couches des lits intermédiaires des bentonites au potassium, une charge électrique de 0.38 à 0.47 charges par unité. La charge calculée pour l'échantillon B39 de Kinnekulle a pu être confirmée expérimentalement après introduction à 40 reprises d'ions d'alcoyle d'ammonium longueur de chaîne C₆ – C₁₄. La charge de la couche intermédiaire des bentonites au potassium n'a que peu augmentée malgré l'influence de la chaleur après formation des bentonites qui sont encore smectiques; une partie de leur aptitude au gonflement est conservée si l'on dispose de 100 % des matériaux d'origine gonflables. La pression de gonflement mesurée sur des échantillons compactés unidirectionnellement et séchés à l'air, de densité sèche située entre 1.5 Mg/m³ et 2 Mg/m³, oscillait entre 1 N/mm² et 15 N/mm² Cela correspondait à 10 – 70 % des pressions de gonflement d'une bentonite au calcium (Montigel) de même densité sèche. Il s'est en outre avéré que ce n'est qu'après dispersion par ultra-son que les échantillons de Kinnekulle atteignaient leur totale aptitude au gonflement. L'influence d'un traitement par ultra-son a été bien moindre sur les échantillons provenant du Montana. Les raisons derrière l'entrave au gonflement des échantillons de Kinnekulle sont discutées.

L'illite française MC (MC = Massif Central) présentait de très fortes pressions de gonflement qui, pour de faibles densités sèches (1.4 – 1.7 Mg/m³) se situaient dans le domaine des pressions de gonflement de la bentonite au calcium Montigel. L'illite hongroise S (provenant de Sarospatak) présentait par contre des pressions de gonflement beaucoup plus faibles que l'illite MC. Les pressions de gonflement calculées à partir des isothermes d'adsorption de vapeur d'eau complètent ces investigations relatives aux pressions de gonflement.