Comportement thermique et hydromécanique de l'argile

Dans le concept de stockage prévu par l’ONDRAF, l’argile forme une barrière naturelle qui enclave l’installation de stockage et ralentit considérablement la migration des matières radioactives qui se libèrent de leur emballage. Les propriétés favorables de l’argile qui y veillent sont son comportement plastique, sa très faible perméabilité à l’eau et la caractéristique qu’ont les minéraux argileux de lier les matières radioactives libérées. Pour pouvoir évaluer la sûreté d’une installation de stockage, ces propriétés doivent être étudiées et analysées à grande profondeur. Le GIE EURIDICE étudie plus spécifiquement le comportement de l’argile dans la zone perturbée autour des galeries et l’effet de la chaleur sur les propriétés favorables de l’argile.

Formation de fractures et propriété autocicatrisante de l’argile 

Le creusement de galeries souterraines entraîne inévitablement la formation de fractures dans la zone argileuse entourant le site de creusement. Le creusement de la galerie de liaison et de la galerie PRACLAY a donné lieu à la mise sur pied d’un vaste programme de recherche dans le but de caractériser le schéma de fissuration et d’analyser son éventuel impact sur la performance du système de stockage. L’argile étant une matière très plastique, elle se referme au bout d’un certain temps, de sorte que les fractures disparaissent. En anglais, ce phénomène est appelé « self-sealing » ou propriété autocicatrisante de l’argile. L’étude de la propriété autocicatrisante de l’argile a révélé que les fractures ne compromettent pas le rôle de sûreté que l’Argile de Boom est appelée à jouer en tant que barrière naturelle pour le stockage des déchets radioactifs.

Caractérisation du schéma de fissuration autour de la galerie de liaison 

Les fractures qui se sont formées lors du creusement de la galerie de liaison à une profondeur de 225 mètres ont été mesurées tant au côté latéral que frontal du creusement. Ces mesures permettent de caractériser le schéma de fissuration. Les fractures se sont formées à environ 6 mètres devant le front de creusement et s’étendaient jusqu’à 1 mètre autour de la galerie. Des informations détaillées sur cette étude figurent dans le projet CLIPEX.

breukpatroonFractures dans la paroi latérale                 Fractures dans le front de creusement       Schéma de fissuration

Propriété autocicatrisante de l’argile

Grâce à sa plasticité, l’argile a le pouvoir de refermer les fractures qui s’y forment (propriété autocicatrisante). Cette propriété autocicatrisante a été étudiée dans le cadre du projet SELFRAC. Les chercheurs du laboratoire HADES ont constaté que les forages d’un diamètre de 10 cm étaient complètement refermés au bout de quelques jours. Les laboratoires en surface ont brisé des échantillons d’argile afin de suivre l’évolution de la faille. Pour ce faire, ils ont réalisé des scans de ces échantillons. Au bout d’un certain temps, la fracture n’est plus visible.

zelfsluitend vermogen van klei  Illustration d’un échantillon d’argile                       Illustration du même échantillon d’argile 
  présentant une fracture                                         au terme du processus d’autocicatrisation  

Chauffe de l’argile

Les déchets de haute activité dégagent de la chaleur. Au terme d’une période de refroidissement en surface, les déchets stockés dégageront encore une certaine quantité de chaleur, qui aura pour effet de chauffer l’argile. Dix ou quinze ans après le stockage, et selon la nature des déchets, une température maximale d’environ 75°C sera atteinte au point de contact entre la galerie de stockage et l’argile. Ensuite l’argile se refroidira à nouveau et au terme d’un millier d’années, elle aura la même température qu’avant le stockage des déchets.

Au cours de l’expérience ATLAS, un élément de chauffe a été introduit dans un forage dans l’argile. Les scientifiques ont mesuré l’évolution de la température dans d’autres forages et ont ainsi pu étudier la propagation de chaleur dans l’argile. Ils ont pu déterminer la conductivité thermique de l’argile et calculer quelle serait l’augmentation de température observée à une distance donnée des galeries de stockage.

Comportement thermique, hydraulique et mécanique de l’argile à la chauffe

Pour s’assurer de la conservation des propriétés favorables de l’argile en tant que roche hôte, il convient d’étudier l’effet de l’augmentation de température sur l’argile. Cette augmentation peut avoir un effet temporaire sur la perméabilité à l’eau (propriété hydraulique) et le comportement mécanique de l’argile. Les comportements thermique, hydraulique et mécanique sont liés entre eux d’une manière très complexe. C’est pourquoi on parle du « comportement THM » de l’argile.

À ce jour, les expériences montrent l’absence à long terme d’un impact sur les propriétés favorables de l’argile en tant que barrière naturelle. L’expérience PRACLAY a pour but de confirmer les connaissances acquises à ce sujet à grande échelle et de les affiner si cela s’avère nécessaire. L’expérience PRACLAY étudie l’impact du comportement THM de l’argile à une échelle qui est comparable à celle d’une installation de stockage en profondeur réelle. Un système de chauffage électrique produit une quantité de chaleur comparable à celle qui sera générée par les déchets de haute activité si ceux-ci étaient déposés dans une galerie de stockage après soixante ans de refroidissement en surface. Différentes sondes de mesure sont installées autour de la galerie. Elles ne mesurent pas uniquement la température, mais aussi la pression de l’eau interstitielle, la pression de l’argile, le déplacement de l’argile et l’évolution chimique de l’eau interstitielle.