Brevet FR2583913A1 — publié le 19861226

CONTENEUR DE STOCKAGE DE DECHETS A ELIMINER La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à un conteneur de stockage de déchets à éli- miner et, plus particulièrement, à un conteneur pour stocker des déchets dangereux et/ou radioactifs pen- dant de longues. périodes. Le Gouvernement des Etats-Unis d'Amérique détient des droits sur cette invention, en vertu du contrat N DE-ACO6-77RL01030 passé entre le Ministère américain de l'Energie et la Société dite Rockwell International Corporation. Des procédés classiques non destructeurs, pour stocker des déchets dangereux et/ou radioactifs devant être éliminés, font fréquemment appel à l'utilisation de conteneurs de stockage spécialement conçus, qui sont enterrés soit à proximité de la surface de la croûte terrestre (remblai), soit dans une formation géologique profonde. Du fait que n'importe quel type de conteneur à paroi simple est susceptible d'accuser une défaillance à un certain moment, par suite d'une défectuosité ou d'une dégradation mécanique, de nombreux conteneurs pour déchets se composent de deux barrières étanches ou réa- lisations à double paroi, afin d'empêcher un dégagement des contenus des réceptacles. Le réceptacle interne ou réceptacle primaire, consistant habituellement en un métal ou en un alliage métallique, est entouré par une barrière externe ou barrière secondaire pouvant être constituée soit par un second réceptacle métallique étanche, soit par une couche d'une quelconque matière absorbante entourant le réceptacle primaire. Les deux types de barrières sont destinés à supprimer ou à réduire l'ampleur du dégagement des déchets dangereux et/ou radioactifs en cas de rupture du réceptacle primaire. Le problème essentiel, inhérent à l'utilisation du conteneur métallique étanche classique en tant que barrière secondaire, réside dans sa vulnérabilité à la corrosion et à d'autres conditions d'environnement hos- tites se traduisant par la rupture de l'enveloppe pro- tectrice et, par conséquent, par La libération des dé- chets que le réceptacle primaire n'est plus en mesure de contenir. En vue d'éviter ce problème, des tentatives ont été faites pour fabriquer des barrières secondaires étanches en un matériau céramique, étant donné que les céramiques sont extrêmement stables et résistent à la corrosion. De plus, les matériaux céramiques n'entrent pas chimiquement en réaction avec les métaux constituantS les conteneurs, ni avec les substances présentes dans l'environnement d'enfouissement. L'un des procédés de ce type est décrit dans un article de P. E. AhLstrom, "Ceramic and Pure Metal Canisters in Buffer material", NUREG/CP-0005, U. S. NucLear Regulatory Commission, Washington, D.C., pp. 287-316, 1979. Cet article traite de l'utilisation d'un revêtement céramique déposé her- métiquement par pressage isostatique à chaud, autour d'un réceptacle à déchets primaire, pour former une cou- che imperméable autour de ce réceptacle. Néanmoins, la technique d'encapsuLage céramique susmentionnée présente certains inconvénients. Tout d'abord, du fait que la protection est obtenue seulement par con- finement, une quelconque rupture du revêtement cérami- que réduit à néant son utilité, et la friabilité extrême des céramiques les rend tout particulièrement sujettes à rupture soit au stade de la fabrication, soit lors du transport vers le site&de stockage. En second lieu, l'équipement nécessaire au pressage isostatique à chaud est onéreux, encombrant et fondé sur une technologie en évolution constante. L'autre type de barrière secondaire mentionné ci-avant consiste en une couche ou zone de matière absor- bante qui entoure le réceptacle primaire à déchets. Une telle couche de matière absorbante agit comme une barrière de diffusion, et elle est destinée à maîtriser et à retarder La libération des déchets après une rupture du réceptacle primaire. Dans le procédé le plus fré- quemment utilisé pour stocker des déchets dangereux et/ ou radioactifs à éliminer, cette matière absorbante est un remblai consistant en de-la roche concassée ou en de l'argile, voire en un mélange de deux. L'argile la plus couramment employée est de la bentonite, une montmorillonite de sodium qui se gonfle lorsqu'elle absorbe un liquide, en assurant ainsi une continuité et une faible perméabilité à l'eau de la barrière. Cette faculté de gonflement confère à la bentonite une pro- priété "d'auto-étanchéité" pour combler et obturer de quelconques vides ou fissures qui s'y trouvent, de manière à former une barrière quasiment étanche à l'eau. Bien que les argiles possèdent en général des propriétés de gonflement satisfaisantes, elles peuvent devenir instables au cours des durées géologiques envi- sagées pour l'élimination sûre de déchets dangereux et/ou radioactifs, ces durées étant comprises entre des centaines et des milliers d'années. Par exemple, la bentonite peut s'altérer à la longue jusqu'à une forme non gonflante, soit par altération chimique, soit par décomposition thermique. Dans un milieu aqueux renfer- mant des quantités notables de calcium dissous, la bentonite de sodium est convertie par échange d'ions en de la montmorillonite de calcium, une argile non gonflante. En présence d'ions potassium, la bentonite peut être transformée chimiquement en de l'iLLite, une autre argile non gonflante. A approximativement 370 C, la bentonite perd irréversiblement l'eau qu'elle renferme, et se convertit en une forme non gonflante. Par conséquent, les argiles ne peuvent pas être consi- dérées comme donnant pleine satisfaction en tant que barrière pour maîtriser le taux de dégagement de dé- chets radioactifs-dégageant de La chaleur. Par conséquent, un objet fondamental de la présente invention consiste à pallier Les inconvénients précités, en fournissant un conteneur nouveau et utile de stockage de déchets à éliminer, qui emprisonne de manière sûre, pendant de longues périodes, des déchets dangereux et/ou radioactifs. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un conteneur de stockage de déchets radio- actifs muni d'une barrière secondaire pour maîtriser le taux de dégagement de radionucléides lors d'une rupture du réceptacle interne ou réceptacle primaire renfermant des déchets radioactifs. La présente invention vise par ailleurs à équi- per le conteneur susmentionné d'une barrière secondaire conférant une protection physique au réceptacle interne, de façon à prolonger sa vie utile. En outre, la présente invention a encore pour objet de fournir une barrière secondaire qui soit d'une réalisation simple et robuste, peu onéreuse, d'une fabrication aisée, et qui puisse être implantée sur le site de stockage et qui soit stable et durable en service pendant les périodes géologiques envisagées. Le conteneur de stockage de déchets selon l'in- vention comprend un réceptacle primaire qui renferme des déchets dangereux et/ou radioactifs, ainsi qu'une barrière secondaire qui encapsule intégralement ce réceptacle. La barrière secondaire consiste en une matière céramique inerte et poreuse contrôlant le taux de dégagement des déchets lors d'une rupture du récep- tacle primaire. Cette barrière secondaire comprend plusieurs parties reliées avec verrouillage mutuel par un moyen d'assujettissement. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple non limitatif, en regard desdessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective de L'une des formes de réalisation d'un conteneur de stockage de déchets conçu selon la présente invention; La figure 2 est une coupe longitudinale repre- sentant le conteneur de la présente invention entouré par un remblai dans un lieu de stockage enterré; La figure 3 est une coupe transversale selon la ligne 3-3 de la figure 2; et La figure 4 est une perspective fragmentaire de l'une des formes de réalisation d'un moyen d'assujettis- sement utilisé dans le cadre de la présente invention. Il convient à présent de se référer en détail à l'exemple de réalisation illustré sur les dessins annexés: la figure i montre un conteneur de stockage de déchets à éliminer, désigné globalement par la réfé- rence 10, et conçu pour renfermer et stocker des déchets radioactifs pendant de longues périodes. Bien que le conteneur selon l'invention se prête particulièrement bien au stockage à long terme de déchets radioactifs, il est évident que l'invention n'est pas limitée à ce domaine, mais qu'elle trouve utilité dans le stockage sûr de n'importe quels déchets toxiques ou dangereux qui sont enfouis dans le sol à long terme. Comme illustré sur la figure 2, le conteneur comprend un récipient ou réceptacle interne 11 des- tiné à renfermer les déchets radioactifs sous forme de verre ou d'une autre matière 12. Le réceptacle 11 consiste en un corps cylindrique en un alliage appro- prié d'acier inoxydable, muni d'une paroi latérale 13 et d'une paroi extrême fermée 14, concave ou encaissée et formant un seul tenant avec la paroi latérale 13. L'étanchéité du réceptacle 11 est assurée de manière adéquate pour exclure le dégagement des contenus de ce réceptacle. L'on fera observer que la configuration spécifique du réceptacle 11, ainsi que les types de déchets qu'il renferme, peuvent varier dans une large mesure sans sortir du cadre de l'invention. Le réceptacle 11 est intégralement encapsulé à l'intérieur d'une barrière cylindrique de faible perméa- bilité, designee globalement par 16 et comprenant deux coquilles ou parties semi-cylindriques 17 et 18 dépouil- lées. La partie 17 possède une paroi latérale semi-cylin- drique 20 s'achevant, à ses extrémités opposées, par des parois extrêmes 21 et 22 sensiblement semi-circu- laires. Similairement, la partie 18 présente une paroi latérale semi-cylindrique 23 s'achevant, à ses extré- mités opposées, par des parois extrêmes 25 et 26 globa- lement semi-circulaires. Des rainures 27 et 28 de sec- tion sensiblement rectangulaire, ménagées le long des arêtes longitudinales de la partie 17, s'étendent dans le sens longitudinal de cette partie 17 et à travers les parois extrêmes 21 et 22 pour recevoir des Lan- guettes allongées 30 et 31 de configuration complé- mentaire sur la partie 18, afin d'établir une liaison physique entre les parties 17 et 18. Les parties 17 et 18 possèdent des épaisseurs de paroi notablement plus grandes que l'épaisseur de la paroi du réceptacle 11, et elles comprennent des zones de paroi 32 et 33 dont les épaisseurs sont elles- mêmes plus grandes que le restedesdites parties 17 et 18, de manière à épouser globalement la forme du récep- tacle 11. Le diamètre interne de la barrière composite 16 est légèrement plus grand que le diamètre externe du réceptacle 11 afin de ménager, entre ces derniers, un interstice radial 35 autorisant une quelconque dila- tation thermique du réceptacle 11 résultant de la chaleur de désintégration des déchets radioactifs. 36 Il est évident que le conteneur de stockage 10 de la présente invention est conçu, tout comme les conteneurs de stockage classiques de déchets radioac- tifs, pour être enterré dans une excavation ou un tunnel ménagé dans la roche ou dans L'a.rgile hôte, soit d'une surface proche du sol (remblai), soit d'une formation géologique profonde. Une fois les déchets mis en place, l'excavation ou le tunnel est comblé par la roche broyée 37 ou par l'argile produite lors du processus de creusement, le conteneur à déchets étant complètement en- fermé dans ce matériau de comblement. Conformément aux règlements fédéraux édictés par le Gouvernement des Etats-Unis d'Amérique, il est nécessaire que, en cas de rupture du réceptacle primaire, de tels conteneurs à déchets radioactifs commerciaux libèrent lentement et uniformément les déchets, vers la roche hôte, selon un faible taux de 1 part pour 100.000 des contenus du réceptacle. A cette fin, la barrière 16 de la présente invention est fabriquée en une matière céramique poreuse, de préférence de la mullite, qui est chimiquement et mécaniquement stable pendant de longues périodes, de l'ordre de plusieurs milliers d'années. Les taux de corrosion d'une telle matière céramique inerte sont extrêmements bas, même dans des acides ou des alcalis en ébullition. La faible perméabilité de la barrière en céramique poreuse conforme à l'invention a pour effet de maîtriser la pénétration d'eau dans le réceptacle primaire à déchets pour en maximaliser la durée utile; et, en cas de rupture du réceptacle primaire, de mini- miser le dégagement de déchets dangereux et/ou radio- actifs en le ramenant à un taux de diffusion maîtrisé. Etant donné que la barrière de diffusion en céramique constitue un dispositif mécanique ou physique plutôt qu'un moyen chimique pour contrôler le dégagement des déchets, sa perméabilité peut être calculée adéqua- tement et elle doit rester constante d'un bout à l'autre de sa durée utiLe prévue. De même, iL est plus simple de prédéterminer La stabiLité chimique de La céramique étant donné qu'elle est composée d'oxydes métalliques types, tels que de L'oxyde d'aLuminium et/ou du dioxide de silicium, qui sont des composants courants de systèmes géologiques. Un autre avantage de La barrière de diffusion en céramique de La présente invention, par opposition à une barrière chimique ou une barrière en argiLe, consiste en ce qu'eLLe permet L'utiLisation d'un remblai en roche concassée Lorsque Les propriétés de La roche hôte sont un facteur important ou souhaitable dans l'isolation des déchets. Dans du basatte,par exem- ple, la consommation d'oxygène dissous par La phase verre réactive de La roche hôte est un paramètre im- portant pour assurer un faibLe taux de corrosiondu fer et des aLLiagesde fer. L'utilisation d'un teL remblai en roche concassée, conjointement à La barrière de diffusion 16 en céramique poreuse, permet de tirer parti des avantages de ces deux matériaux. IL est évident que, si on Le souhaite, La barrière physique de La présente invention peut éga- lement être combinée à un moyen chimique pour contrôler le dégagement de déchets. Par exempte, Lorsqu'une grande fiabilité du contrôle de La Libération des déchets est nécessaire et que Les argiles dont L'utiLisation est envisagée sont stables, La barrière physique 16 peut être employée conjointement à une teLLe barrière en argile, de manière à minimiser Les éventuelles défaiL- lances courantes de fonctionnement Lors du dégagement de déchets. Un autre avantage, offert par La barrière 16 en céramique poreuse de La présente invention, consiste en ce qu'une enveloppe hermétique du conteneur n'est pas nécessaire étant donné que ladite barrière est, 25839 13 en fait, modérément perméable à l'eau. Par conséquent, l'on peut employer n'importe quel dispositif simple d'assujettissement mécanique, tel que celui décrit ci-après. Cela autorise un assemblage de La barrière, c'està-dire une solidarisation des deux moitiés 17 et 18, à proximité du point de stockage. Comme représenté sur la figure 1, L'un des moyens d'assujettissement pour maintenir les parties 17 et 18 serrées l'une contre l'autre peut se présen- ter sous la forme d'au moins un ruban métallique 38 résistant à la corrosion, qui est conçu pour ceinturer les parties 17 et 18 afin d'en maintenir la cohésion. Les rubans ou colliers 38 peuvent être avantageusement équipés d'oeillets 40, pour recevoir les crochets d'un appareil de levage ou de manutention approprié. En plus,ou à la place,des colliers 38, un ciment céramique adéquat peut être déposé le long des sur- faces marginales complémentaires des deux parties 17 et 18. Un autre moyen d'assujettissement se présente sous la forme d'un système à clavettes et à gorges, présentant une paire de clavettes longilignes 41 s'étendant longitudinalement sur les arêtes complé- mentaires des parties 17 et 18. Comme le montre parti- culièrement bien la figure 4, chaque clavette 41 com- prend une région centrale ou âme 42, ainsi que des protubérances 43 et 45 en forme de bulbes qui s'éten- dent longitudinaLement et s'engagent dans des loge- ments ou gorges de formes complémentaires pratiqués dans les parties 17 et 18. Les clavettes peuvent s'étendre sur toute la longueur des parties 17 et 18, ou bien seulement sur de courtes distances vers l'in- térieur, à partir des extrémités opposées de ces par- ties. Bien que la figure 1 illustre un tel système à clavettes et à gorges conjugué à des colliers 38, l'on fera observer que ce système peut être utiLisé seul ou combiné à un adhésif, voire encore combiné à cet adhésif et auxdits colliers. La description ci-avant révèle que Les objectifs de La présente invention ont été pleinement atteints. L'invention fournit un conteneur perfectionné de stocka- ge de déchets à éliminer, qui renferme des déchets dangereux et/ou radioactifs pendant de longues périodes. Le conteneur selon L'invention présente une barrière de diffusion mécanique poreuse et à faible perméabilité, qui porte le rendement à un maximum en prolongeant la durée utile du réceptacle interne et en limitant le transfert de masses provenant du conteneur à cette autorisée par La diffusion. La présence d'une barrière de diffusion en céramique poreuse d'un type nouveau assure une protection physique du réceptacle primaire à déchets de manière à en accroître la longévité, et elle maîtrise efficacement La libération de déchets, dans des limites ou avec des paramètres admissibles, en cas de rupture du réceptacle primaire. Le fait de limiter à la diffusion Le taux de transfert de masses provenant du réceptacle fissuré, et de créer un environnement poreux d'écoulement autour du conteneur, favorise ta modélisation d'une performance à long terme Iême si' te stockage -a lieu dans un environnement de roche fracturée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au conteneur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1. Conteneur (10) de stockage de déchets à éliminer, caractérisé par le fait qu'il comprend un réceptable (11) pour renfermer des déchets radio- actifs (12), ainsi qu'une barrière métaLLique poreuse (16) qui encapsule intégralement ledit réceptacle (11) pour contrôler la pénétration de l'eau dans ce récep- tacle et le taux de libération par diffusion des dé- chets qui s'échappent dudit réceptacle (11) en cas de rupture de celui-ci. 2. Conteneur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la barrière (16) est réalisée en une matière céramique. 3. Conteneur selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que la céramique consiste en de la mullite. 4. Conteneur selon la revendicaciorn 1, carac- térisé par le fait que la barrière (16)'se compose de plusieurs parties (17, 18) solidarisées afin d'empri- sonner le réceptacle (11). 5. Conteneur selon la revendication 4, carac- rérisé par le fait que les parties précitées consistent en une paire de coquilles semi-cylindriques opposées (17, 18). 6. Conteneur selon la revendication 5, carac- térisé par le fait qu'il présente des moyens (30, 31; 38; 41) pour assujettir mutuellement les parties pré- citées (17, 18). 7. Conteneur selon La revendication 6, carac- térisé par le fait que le moyen d'assujettissement est un adhésif interposé entre les arêtes complémentaires des parties précitées (17, 18). 8. Conteneur selon la revendication 6, carac- térisé par le fait que le moyen d'assujettissement consiste en un ciment interposé entre les arêtes com- pLémentaires des parties précitées (17, 18). 9. Conteneur selon la revendication 6, carac- térisé par Le fait que le moyen d'assujettissement consiste en au moins un coltier (38) qui ceinture les parties solidarisées (17,18). 10. Conteneur selon la revendication 6, carac- rérisé par le fait que le moyen d'assujettissement comprend des gorges ménagées le long des arêtes com- plémentaires des parties précitées (17, 18), ainsi que des clavettes amovibles (41) logées dans lesdites gorges.