Brevet FR2844385A1 — publié le 20040312

Procédé et dispositif d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs bitumineux confinés en conteneurs. La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs bitumineux confinés en conteneurs. L'industrie nucléaire, et plus particulièrement les centrales, génèrent, entre autres, des déchets radioactifs de faibles et moyennes activités. L'enrobage dans du bitume et le conditionnement dans des conteneurs ouverts de ces déchets en vue d'un entreposage dans le temps est un moyen courant de traitement. Lors de l'enrobage, les déchets radioactifs sont malaxés à chaud avec du bitume. Io L'enrobé ainsi obtenu est coulé à chaud dans des fts métalliques généralement d'une contenance de 220 litres, dont il occupe au maximum 75 % du volume. Ces fts sont ensuite entreposés dans des locaux appropriés. L'enrobage, dans le bitume, des déchets radioactifs de faibles et moyennes activités a été retenu en raison de la simplicité et de la stabilité dans le temps de 15 ce procédé. Celui-ci présente toutefois l'inconvénient de n'accepter que des déchets d'une faible concentration de radioactivité, par rapport au volume du bitume. En effet, l'activité radioactive des déchets sur le bitume génère des gaz de radiolyse et plus particulièrement de l'hydrogène. Dans le temps, des bulles d'hydrogène se forment dans le bitume. Si la concentration de ces bulles est trop 20 importante, le volume du bitume augmente fortement, ce qui peut conduire au débordement du ft. Pour pallier ce risque, la réglementation limite la concentration de radio nucléide à une activité radioactive précise, ainsi qu'à un remplissage maximum des fts à 80 % de leur capacité. Pour pallier cet inconvénient, de nombreux travaux de recherche ont été 25 initiés et ont permis d'augmenter la concentration de radioactivité des déchets par rapport à un volume déterminé de bitume, par addition d'adjuvants dans le bitume tels que, par exemple et plus particulièrement, des sels de cobalt. Les résultats bien que représentant un progrès ne sont pas encore suffisants pour libérer ce procédé des lourdes contraintes techniques et économiques de son 30 exploitation. La présente invention a pour but de pallier les insuffisances actuelles et d'optimiser la technique de l'enrobage dans le bitume. Selon l'invention, ce but est atteint par la mise en oeuvre d'un procédé suivant lequel on réalise un captage des gaz de radiolyse dans la masse de l'enrobage radioactif bitumineux, confinée dans un conteneur, au moyen d'un 5 matériau poreux aux gaz et étanche au bitume solide et liquide incorporé à ladite masse, les gaz captés étant, préférablement, drainés vers l'extérieur à travers un orifice d'échappement ménagé dans ledit conteneur. Le dispositif selon l'invention comprend un conteneur muni d'une ouverture de chargement, de préférence obturable de manière étanche au bitume et à 10 l'eau, au moyen d'un couvercle, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il renferme un système de captation des gaz de radiolyse constitué par un matériau poreux aux gaz et étanche au bitume solide et liquide réparti sur au moins une partie de la hauteur du conteneur, ce dernier étant préférablement muni d'un orifice d'échappement pouvant être mis en communication avec 15 l'extérieur pour l'évacuation des gaz drainés. Des expérimentations en vraie grandeur du procédé et du dispositif de l'invention, ont permis de vérifier la possibilité de quadrupler, au moins, la concentration de l'activité radioactive des déchets, dans l'enrobage bitumineux sans gonflement ni débordement. Grâce à la stabilisation du bitume qu'ils 20 procurent, ils autorisent également un remplissage optimum des fts ou autres conteneurs. Un autre résultat obtenu par la mise en oeuvre de l'invention, est la possibilité de fermer les fts et de les rendre ainsi étanches à l'humidité de l'air ce qui évite la lixiviation de l'enrobage et donc une meilleure tenue dans le temps. L'invention permet d'envisager un entreposage à long terme de déchets 25 radioactifs de faible et moyenne activité, voire un stockage définitif de tels déchets. On comprend aisément que la solution à ce problème permet une réduction très importante du nombre de fts pour une même activité radioactive de déchets. Cette réduction engendre automatiquement une diminution très importante du cot économique de l'ensemble de la chaîne de traitement. 30 L'intérêt économique allié à une plus grande sécurité devrait engendrer, grâce à l'invention, un développement important de la technique de l'enrobage dans le bitume des déchets radioactifs de faible et de moyenne activité. Bien entendu, tous les avantages obtenus par l'incorporation d'adjuvants divers au bitume tels que sels de cobalt par exemple peuvent être conservés pour s'ajouter aux avantages résultant du procédé et du dispositif de l'invention. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, 5 ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de face avec coupe axiale partielle d'un exemple de réalisation du dispositif d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs bitumineux confinés en conteneurs, selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation du système de drainage seul. La figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue de détail, en coupe axiale, montrant le montage d'une rondelle de matériau poreux autour du collecteur tubulaire axial du système 15 de drainage. La figure 5 est une vue en coupe axiale illustrant le fonctionnement du dispositif de captage et de drainage selon l'invention. La figure 6 est une vue de détail, en coupe axiale, illustrant l'orifice d'échappement des gaz drainé et du clapet équipant cet orifice. La figure 7 est une vue analogue à la figure 6 et illustrant le fonctionnement du clapet. La figure 8 est une vue de détail illustrant la conformation de la bordure périphérique du couvercle de fermeture du ft. On se reporte auxdits dessins pour décrire un exemple intéressant, bien 25 que nullement limitatif, de mise en oeuvre du procédé et de réalisation du dispositif d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs bitumineux confinés en conteneurs, selon l'invention. Dans la pratique, il est prévu que ces conteneurs seront, comme aujourd'hui, constitués par des fts standards du commerce ou des fts spéciaux d'une contenance de l'ordre de 220 litres, présentant un diamètre de l'ordre de 565 mm et une hauteur de l'ordre de 870 mm appelés à être stockés en position 5 verticale. Pour cette raison, on utilise, pour une bonne compréhension de l'exposé qui suit, des mots tels que "vertical", "supérieur", "inférieur", etc. Il va de soi, toutefois que ces mots n'ont aucun caractère limitatif. Suivant le procédé de l'invention, l'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs confinés en conteneurs, est obtenue par le captage des gaz de 10 radiolyse dans la masse desdits enrobages, au moyen d'un dispositif de captation noyé dans ladite masse. Le dispositif selon l'invention comprend un conteneur 1, par exemple constitué par un ft métallique cylindrique, ouvert à son extrémité supérieure et comportant un fond la par l'intermédiaire duquel il peut reposer sur le sol ou 15 autre surface de réception S. A l'intérieur de ce ft, est positionné un système de captage 2 occupant au moins une partie de la hauteur dudit ft et, de manière préférée la totalité ou la quasi totalité de cette hauteur. Ce système de captage comprend, de préférence, un ou plusieurs 20 morceaux 3 d'un matériau poreux aux gaz, étanche au bitume solide et liquide, et insensible à l'irradiation, ce matériau pouvant être avantageusement constitué par du béton cellulaire tel que, par exemple, un béton cellulaire du genre commercialisé sous le nom de "SIPOREX" (Marque enregistrée). Le système de captage comprend, par exemple, une pluralité de plaques espacées et 25 superposées 3 de matériau poreux qui peut être avantageusement constitué par du béton cellulaire. Compte tenu du fait que les conteneurs utilisés pour l'entreposage des déchets radioactifs de faible ou moyenne activité sont généralement constitués par des fts cylindriques, les plaques 3 ont préférablement une forme circulaire. Elles ont, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 20 à 30 mm et leur espacement peut être de l'ordre de 130 mm. Leurs micropores permettent une migration des bulles de gaz de radiolyse en direction d'un moyen de collecte ou de drainage par l'intermédiaire duquel une communication avec l'extérieur peut s'établir. Selon l'exemple de réalisation avantageux illustré, les plaques de captage 5 3 sont montées fixement autour d'un tube collecteur axial 4 constituant un système de drainage des gaz de radiolyse captés par lesdites plaques, vers l'extérieur. Chaque plaque de captage 3 est immobilisée autour du tube collecteur 4, par l'intermédiaire de cales rayonnantes 5 constituées d'une bague centrale 5a et 1o d'une pluralité de branches radiales 5b en forme de lames. Chaque plaque de captage 3 est prise entre une cale supérieure 5' et une cale inférieure 5". Les cales rayonnantes 5 sont fixées sur le tube collecteur 4, par exemple au moyen de vis de pression se vissant dans des taraudages radiaux 6 ménagés dans la bague 5a et s'appuyant sur la paroi latérale dudit tube. Alternativement ou conjointement, les cales rayonnantes 5 pourraient être immobilisées sur le tube collecteur 4, au moyen de circlips 7 engagés dans des rainures périphériques prévues le long dudit tube collecteur. Les cales rayonnantes 5 permettent en outre le centrage de l'ensemble de captage et de drainage dans le ft 1. L'extrémité externe des lames radiales 5b 20 de la cale rayonnante 5" la plus basse est munie d'un chanfrein 5c facilitant l'introduction de l'ensemble de captage et de drainage, dans le ft. Les plaques de captage 3 ont, de préférence, un diamètre largement inférieur au diamètre intérieur du ft 1, par exemple un diamètre de 525 mm pour un ft d'un diamètre de l'ordre de 565 mm, de sorte qu'un intervalle "i" se trouve 25 ménagé entre le bord périphérique des plaques de matériau poreux 3 et la paroi latérale interne du conteneur 1. Latéralement, le tube collecteur 4 présente des ouvertures débouchant en regard de la paroi cylindrique délimitant le trou central des plaques de captage 3. De la sorte, une circulation de gaz peut s'établir à partir des plaques de captage 30 3, vers l'intérieur du tube collecteur 4. Pour une bonne collecte des gaz, les -6 ouvertures sont constituées par des trous 8 ménagés dans le fond de gorges périphériques espacées 9 dont est muni le tube collecteur 4. Afin d'éviter que l'enrobage radioactif bitumineux ne pénètre dans le tube collecteur et ne le bouche, un joint 10 est disposé autour du tube collecteur 4, sur 5 chaque bordure du trou central des plaques de captage 3 traversé par ledit tube, ces joints pouvant avantageusement être exécutés en plâtre briqueteur, ou en tresse de fibres minérales ou de verre. Un grillage 11 à grosses mailles peut être interposé entre, d'une part, les cales rayonnantes supérieure 5' et inférieure 5" et, d'autre part, les faces 10 opposées de chaque plaque de captage. Ce grillage assure un parfait soutien des plaques de captage, sur la totalité de leurs surfaces en contact avec l'enrobage radioactif bitumineux, de sorte qu'elles se trouvent protégées contre toutes forces de rupture qui pourraient leur être appliquées. L'extrémité inférieure du tube collecteur 4 est obturée par un bouchon 12. 15 Son extrémité supérieure est solidaire d'un couvercle 15 et, peut être munie d'un clapet 13 dont la fonction est d'éviter que les vapeurs humides ne puissent rentrer dans le système de drainage. L'extrémité supérieure du tube collecteur 4 traverse, par exemple, une rondelle métallique 15a à laquelle elle est solidarisée par soudure ou autrement 20 (figure 6). Cette rondelle 15a peut être exécutée en acier et présente une épaisseur supérieure à celle du couvercle 15 sur lequel elle est fixée, par exemple par rivetage. La plaque 3 de matériau poreux la plus haute est plaquée contre la face inférieure du couvercle 15, par l'intermédiaire de la cale rayonnante 5. Le clapet 13 comprend un chapeau fixe 14 muni de trous latéraux d'échappement 14a communiquant avec l'extérieur. Ce chapeau entoure l'extrémité supérieure du tube collecteur et sa base est fixée, par exemple par soudure, sur la rondelle 15a solidaire du couvercle 15 constituant l'élément supérieur de l'ensemble de drainage. L'organe mobile du clapet 16, de 30 préférence formé par une pièce métallique très légère comporte une partie de -7 guidage 16a engagée dans l'extrémité supérieure du tube collecteur et un opercule circulaire 16b venant s'appuyer sur le bord supérieur dudit tube collecteur et susceptible d'occuper deux positions, soit une position haute (plaqué contre le sommet du chapeau 14) dégageant l'ouverture supérieure dudit 5 tube collecteur (figure 7) et une position basse dans laquelle il repose sur le bord de ladite ouverture en réalisant la fermeture de celle-ci (figure 6). La périphérie du couvercle 15 est munie d'une retombée conique 15b s'étendant vers le bas et destinée à coiffer la bordure supérieure conique la du ft 1, lorsque l'ensemble de drainage qui vient d'être décrit est introduit dans le 10 ft. L'étanchéité est assurée par un joint périphérique 17 avantageusement exécuté en tresse de fibres de roche et disposé entre ladite retombée conique et ladite bordure supérieure conique. Le placage du couvercle 15 sur le bord supérieur du ft est assuré par une sangle métallique déformable 18 qui enserre la bordure du couvercle et 15 l'extrémité supérieure du ft, au moyen d'un système de serrage connu en soi. L'élément supérieur 15-15a de l'ensemble de captage et de drainage faisant office de couvercle, est muni d'une anse de manutention 19 permettant son accrochage au crochet d'un appareil de levage lors de l'introduction dudit ensemble dans un ft ou autre conteneur 1. On conçoit bien la mise en oeuvre du procédé et du dispositif de l'invention, après l'exposé qui précède. Une quantité d'enrobage radioactif bitumineux E prédéterminée en fonction du volume occupé par les parties de l'ensemble de captage et de drainage destinées à être immergées dans ledit enrobage, est versée, à l'état liquide, dans 25 le conteneur 1. L'ensemble de captage et de drainage est ensuite introduit dans le conteneur, de sorte que les plaques de captage 3 se trouvent noyées dans l'enrobage radioactif bitumineux E. L'ouverture supérieure du conteneur est alors obturée de manière étanche au moyen du couvercle 15 et du joint d'étanchéité 30 17 et ledit conteneur est entreposé ou stocké dans un local ou dans un site -8 approprié pendant la période d'activité des déchets ainsi traités. Les bulles d'hydrogène qui se forment, dans le temps, dans l'enrobage bitumineux, durant la période d'entreposage, sont captées par les plaques de matériau poreux 3 (voir flèches de la figure 5). Le gaz s'échappe alors des 5 plaques de matériaux poreux 3 et il est collecté ou drainé par le tube collecteur 4 obturé à sa base. Le gaz collecté circule de manière ascendante dans le tube collecteur 4 et lorsqu'il atteint une pression prédéterminée, il soulève l'organe mobile 16 du clapet 13 et s'échappe à l'extérieur par les ouvertures 14a ménagées dans le chapeau fixe 14 dudit clapet. On comprend que l'on supprime ainsi tout gonflement et débordement de la masse de l'enrobage radioactif bitumineux contenue dans le conteneur 1 et, compte tenu de l'invariabilité du volume de cet enrobage, dans le temps, ledit conteneur peut être rempli pratiquement à ras bords. REVENDICATIONS 1. Procédé d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs confinés en conteneurs, caractérisé en ce que l'inhibition du gonflement est obtenue par 5 la captation des gaz de radiolyse dans la masse de l'enrobage radioactif bitumineux (E) confinée dans lesdits conteneurs (1), au moyen d'un ou plusieurs morceaux (3) d'un matériau poreux aux gaz et étanche au bitume solide et liquide, noyée(s) dans ladite masse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met le système 10 de captation (3) en communication avec l'extérieur du conteneur (1) pour permettre l'échappement des gaz drainés. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les gaz captés par le système de captation (3) sont collectés dans la partie centrale du conteneur (1) et évacués à la partie supérieure de ce dernier. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la captation des gaz de radiolyse est réalisée par une pluralité de plaques (3) superposées et espacées, noyées dans la masse de l'enrobage radioactif bitumineux (E) confinée dans le conteneur (1). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 20 que l'on utilise, pour réaliser la captation des gaz de radiolyse dans la masse de l'enrobage radioactif bitumineux, une ou plusieurs plaques (3) de béton cellulaire. 6. Dispositif d'inhibition du gonflement des enrobages radioactifs confinés en conteneurs, caractérisé en ce qu'il comprend un conteneur (1) et un moyen 25 (3) de captation des gaz de radiolyse, logé dans ce conteneur (1), de sorte à se trouver submergé par la masse de l'enrobage radioactif bitumineux (E) introduite dans ledit conteneur, ce moyen de captation étant constitué par un ou plusieurs morceaux (3) d'un matériau poreux aux gaz et étanche au bitume solide et liquide. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de collecte (4) permettant de drainer les gaz captés par le moyen de captation (3), ce moyen de collecte communiquant avec l'extérieur pour permettre l'échappement des gaz drainés. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le matériau poreux aux gaz et étanche au bitume solide et liquide est constitué de béton cellulaire. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le moyen de captation des gaz de radiolyse comprend plusieurs plaques 10 superposées et espacées (3). 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les plaques superposées et espacées (3) de matériau poreux sont montées autour d'un tube collecteur central (4) avec lequel elles se trouvent en communication. 11. Dispositif suivant l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'un intervalle (i) est ménagé entre le bord périphérique des plaques de matériau poreux (3) et la paroi latérale interne du conteneur (1). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les plaques superposées et espacées (3) de matériau poreux sont 20 immobilisées autour du tube collecteur central (4) au moyen de cales rayonnantes supérieure (5') et inférieure (5") fixées sur ledit tube collecteur (4). 13. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 12, caractérisé en ce qu'un joint (10), par exemple exécuté en plâtre briqueteur, ou en tresse de fibres 25 minérales ou de verre, est placé autour du tube collecteur (4), sur chaque bordure de trou central des plaques de captage (3) traversé par ledit tube. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un grillage (11) est interposé entre, d'une part, les cales rayonnantes supérieure (5') et inférieure (5") et, d'autre part, les faces opposées de chaque plaque de captage (3). 15. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du tube collecteur (4) est munie d'un clapet (13). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 15, caractérisé en ce s qu'il comprend un couvercle (15) pour la fermeture étanche du conteneur. 17. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que le couvercle (15) est constitué par l'élément supérieur du système de drainage logé à l'intérieur dudit conteneur.