Brevet FR2988899A1 — publié le 20131004

CONTENEUR DE DECHETS RADIOACTIFS ET SON PROCEDE DE FERMETURE DEFINITIVE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention se rapporte au domaine du confinement des déchets radioactifs avec protection radiologique ; ces déchets sont issus de démantèlements d'installations nucléaires ou de déchets issus de l'exploitation de ces installations. Elle concerne, en particulier, à la fois le stockage à très long terme, c'est-à-dire pluriséculaire, de ces déchets, entre autres, en surface, mais aussi les contrôles préalables par prélèvements des déchets contenus dans leurs conteneurs respectifs. Art antérieur et problème posé Dans le cadre du stockage à très long terme des déchets radioactifs, des colis, c'est-à-dire des conteneurs contenant de tels déchets, sont stockés, entre autres, dans des centres de stockage en surface conçus à cet usage et qui peuvent être classés en deux catégories, qui sont : - les colis à enveloppes périssables, qui doivent être bétonnées dans les ouvrages de stockage ; et - les colis à enveloppes durables, qui peuvent être stockées dans des ouvrages, dont les espaces entre les colis sont comblés par des gravillons. Pour les colis de déchets, dont l'activité radiologique dépasse une certaine valeur, appelée en France « limite d'enrobage », des exigences concernant le confinement des matières radioactives contenues par ces colis sont imposées, soit sous la forme d'une fraction annuelle maximale d'activité relâchée par les déchets stockés. Le confinement est effectif vis-à-vis de la migration des nucléides vers l'extérieur des déchets. Ceci est le cas des déchets homogènes, immobilisés dans une matrice, soit sous la forme d'une épaisseur minimale 15 d'un matériau de confinement entourant le bloc de déchets conditionnés. C'est le cas des autres déchets et notamment des déchets hétérogènes. Jusqu'à présent, les conteneurs de déchets à enveloppes durables ont été principalement réalisés 20 avec une enveloppe en béton et de forme généralement cylindrique. Cette enveloppe en béton répond à une double fonction de durabilité mécanique et de confinement des déchets radioactifs. La durabilité mécanique est définie par la tenue mécanique aux 25 sollicitations du colis, en situation de stockage, pendant une durée de 300 ans. Cette fonction de durabilité mécanique complète la tenue mécanique classique en situation d'exploitation et de transport du colis avant stockage. 30 Il est également connu d'utiliser le métal pour constituer le corps et le couvercle des colis de déchets radioactifs. On pense, en particulier, à la fonte et à l'acier. Généralement, les déchets sont placés à l'intérieur de l'enveloppe, soit par une enceinte interne, métallique ou non, contenant les déchets radioactifs, soit par une matrice dans laquelle sont noyés ces déchets. Or, il subsiste un espace entre la surface supérieure de la matrice ou de l'enveloppe de déchets et la surface interne du couvercle, une fois qu'il est posé sur l'enveloppe. On constate toutefois que les parois des conteneurs métalliques sont plus étanches que celles des colis en béton. Ainsi, un conteneur en fonte est intrinsèquement plus étanche que si il est réalisé en matériau cimentaire. Néanmoins, il apparaît utile de rechercher une possibilité d'améliorer la qualité du système de fermeture du conteneur en fonte, vis-à-vis du confinement des radionucléides contenus dans les déchets sur une période de 300 ans. Toutefois, on souhaite apporter ladite amélioration au concept des colis contrôlables, au niveau des déchets contenus, avant leur mise en stockage. Résumé de l'invention L'invention permet d'améliorer la maîtrise des colis de déchets en situation de stockage et leur contrôlabilité : elle consiste à assurer une qualité de durabilité mécanique et de confinement du colis en comblant, par une opération spécifique, l'espace se trouvant sous la surface inférieure du couvercle et au-dessus de l'ensemble de déchets contenus dans l'enveloppe du conteneur, ou de l'enceinte contenant ces déchets et placée, elle-même, dans le conteneur. A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de fermeture définitive d'un conteneur contenant des déchets radioactifs, le conteneur étant constitué principalement de : - un fût surmonté de : - un couvercle, le conteneur étant rempli de déchets, de manière à ce qu'il subsiste un espace entre la partie supérieure de l'ensemble de déchets et la surface inférieure du couvercle. Selon l'invention, le procédé consiste à combler cet espace entre l'ensemble de déchets et le couvercle, avec un matériau de blocage injecté par au moins un orifice d'injection prévu dans le couvercle et grâce à au moins un orifice d'évacuation prévu dans le couvercle pour évacuer l'air, lors du remplissage. Ceci permet de faire des contrôles en tout point de la surface supérieure des déchets avant ce comblement. Pour favoriser le remplissage de l'espace à combler et améliorer les performances de confinement des déchets, une mise en oeuvre préférentielle du procédé selon l'invention consiste à prévoir une gorge annulaire dans la partie supérieure de la paroi interne du fût, juste en dessous l'emplacement où le couvercle doit être placé, pour permettre au bouchon formé par le matériau de blocage, d'avoir un diamètre supérieur au diamètre du reste de la paroi interne du fût. Un deuxième objet principal de l'invention est un conteneur de stockage définitif de déchets radioactifs, comprenant principalement : - un fût, sur lequel est placé : - un couvercle, le conteneur devant être rempli de déchets, de manière à ce qu'il subsiste un espace entre la partie supérieure de l'ensemble de déchets et la surface inférieure du couvercle, de manière à pouvoir combler cet espace en injectant un matériau de blocage, au moyen de au moins un orifice d'injection prévu dans le couvercle, et grâce à au moins un orifice d'évacuation d'air prévu dans le couvercle pour faire sortir l'air lors du remplissage. Le conteneur est caractérisé selon l'invention par la présence d'une gorge annulaire sur la partie supérieure de la paroi interne du fût, juste en dessous de l'emplacement où le couvercle doit être placé, et ayant un diamètre de fond de gorge supérieur au diamètre du reste de la paroi interne du fût, dans le but de permettre au bouchon formé par le matériau de blocage de remplir cette gorge pour avoir lui-même un diamètre supérieur au diamètre des déchets stockés dans le fût. Dans une réalisation principale du conteneur selon l'invention, le couvercle ayant une douille d'encastrement dont le diamètre externe correspond au diamètre interne du fût, l'invention prévoit des trous de passage dans la douille d'encastrement pour que le matériau de blocage puisse pénétrer dans l'espace annulaire, formé par la gorge annulaire du fût, sans difficulté. Pour faciliter le remplissage du matériau de blocage, la surface interne du couvercle est légèrement conique. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de trois figures représentant respectivement : - figure 1, en coupe, un conteneur selon l'invention destiné à être bloqué, en utilisant le procédé selon l'invention ; - figure 2, en coupe, le couvercle du conteneur selon l'invention ; et - figure 3, en coupe, le conteneur selon l'invention rempli, en utilisant le procédé selon 20 l'invention. Description détaillée d'une réalisation de l'invention 25 En référence à la figure 1, le conteneur selon l'invention comprend principalement des éléments, qui sont un fût 1 fermé par un couvercle 20, qui est placé dans la partie supérieure du fût 1, de manière à l'obturer complètement. Le couvercle 20 est fixé par 30 des boulons 25 sur le fût 1. Le fût 1 est rempli d'un ensemble de déchets 10. Ces derniers sont soit contenus dans un panier primaire, soit entourés, comme dans la réalisation décrite par cette figure 1, par une enveloppe 11 de matériau de blocage. Le couvercle 20 comprend un épaulement 21 5 dont le diamètre extérieur correspond, à un jeu de montage près, au diamètre de la paroi interne 2 du fût 1. Ainsi, il subsiste un espace 13 entre la surface supérieure 12 de l'enveloppe 11 contenant les déchets 10 et la surface inférieure 27 du couvercle 20. Cet 10 espace 13 doit être rempli par un bouchon de matériau de blocage injecté par un orifice d'injection bouché, sur cette figure 1, par un bouchon 23. Un bouchon 24 bouche un orifice d'évacuation destiné à chasser l'air lors du remplissage du matériau de blocage. 15 Une gorge annulaire 4 est prévue sur la paroi interne 2 du fût 1 dans sa partie supérieure, en regard de l'épaulement 21 du couvercle 20. En regard de cette gorge annulaire 4, sont prévus des orifices de passage tous identiques, de type 22A ou 22B, et 20 répartis régulièrement dans l'épaulement 21 du couvercle 20. La forme des orifices de passage 22A et 22B dans l'épaulement 21 peut être variée, dès l'instant qu'elle permet au matériau de blocage de passer à travers l'épaulement 21 du couvercle 20. Ces 25 orifices de passage peuvent être débouchants 22A ou constitués de perçages 22B de forme cylindrique ou oblongue, sans angles vifs. De cette façon, le matériau de blocage peut, lors du remplissage, s'écouler jusque dans la gorge annulaire 4. 30 Le couvercle 20 est mieux représenté sur la figure 2. En effet, on y retrouve l'épaulement 21 et ses orifices de passage soit de type débouchant 22A, ouvert dans sa partie inférieure, et illustré au centre de la figure, soit de type trou aménagé dans l'épaulement 22B, et illustré sur les autres orifices de la figure. Ceci a pour but de montrer que plusieurs formes peuvent être utilisées pour réaliser ces trous orifices de passage 22A et 22B. On distingue également l'orifice de remplissage 28 et l'orifice d'évacuation 29, débouchant tous les deux sur la surface inférieure 27 du couvercle 20. Plusieurs orifices d'injection 28 et d'évacuation 29 peuvent être prévus. On notera la légère conicité de cette surface inférieure 27, destinée à faciliter le remplissage de l'espace 13, que forment la surface inférieure 27 et l'épaulement 21. La figure 3 montre le conteneur selon l'invention, une fois le bouchon de blocage 30 réalisé dans l'espace référencé 13 sur les figures 1 et 2. On note que le matériau constituant ce bouchon de blocage 30 est passé à travers les orifices type 22A ou 22B de l'épaulement 21 du couvercle 20 et a pénétré jusque dans la gorge annulaire 4 du fût 1. La légère conicité de la surface inférieure 27 du couvercle 20 a permis de faciliter ce remplissage complet pour qu'aucune poche d'air ne subsiste entre le couvercle 20 et l'enveloppe 11 contenant les déchets 10. Le conteneur selon l'invention est conçu pour être exploité en deux phases distinctes. La première phase est réversible. Elle concerne l'utilisation du couvercle 20, boulonné seul sur le fût 1, sans bouchon de blocage, pour toutes les phases de vie du conteneur, jusqu'au contrôle potentiel indépendant sur l'ensemble de déchets contenus dans le fût 1. La seconde phase est mise en oeuvre avant le stockage. Elle consiste à rendre définitive la fermeture du conteneur par l'injection du matériau cimentaire destiné à constituer le bouchon de blocage 30. Elle fournit la propriété de confinement du système de fermeture et assure le remplissage des vides et espaces internes entre le couvercle 20 et l'enveloppe 11 contenant les déchets 10. Ainsi, dans une première phase, le couvercle est boulonné sur le corps du conteneur, après avoir assuré le remplissage des déchets radioactifs 10, avec ou sans enveloppe 11. Le couvercle 20 reste donc amovible et permet donc de disposer d'une fermeture réversible. Cette disposition permet de faciliter la réalisation d'éventuels contrôles non destructifs ou de prélèvements par carottage dans l'ensemble de déchets conditionnés. La seconde phase, réalisée juste avant le stockage définitif, est donc l'injection du matériau cimentaire, à travers le couvercle 20, par l'orifice d'injection 28, l'air de l'espace vide s'échappant par le trou d'évacuation 29. Cette phase d'injection permet d'assurer le scellement en matériau cimentaire entre le fût 1 et le couvercle 20. Le remplissage est bien entendu obtenu par l'écoulement du matériau cimentaire depuis l'intérieur du couvercle 20 jusqu'à la gorge annulaire 4 du fût 1. Le choix d'un matériau cimentaire à faible 30 retrait, associé avec les orifices de passage 22, aménagés dans l'épaulement 21 du couvercle 20, permet d'éviter une fissuration du matériau cimentaire par retrait empêché. Ainsi, le matériau cimentaire constituant le bouchon de blocage 30 remplit l'espace annulaire de la gorge annulaire 4, et le dessus du jeu entre le couvercle 20 et le fût 1. Il assure ainsi la continuité du matériau cimentaire, au niveau de la fermeture. Avantages de l'invention L'invention permet d'augmenter les performances de confinement du conteneur, au niveau du système de fermeture et de minimiser les vides internes du colis de stockage dans le conteneur. Cette performance permet d'élargir le domaine d'application du conteneur selon l'invention, notamment pour des déchets dont le conditionnement n'est pas assez performant vis-à-vis des critères de confinement requis pour le stockage. Cette performance est obtenue en particulier lorsque le conteneur est métallique, de préférence en fonte. Le procédé et le conteneur selon l'invention permettent de reconstituer un confinement optimal, après avoir effectué un contrôle sur le colis de déchets, par carottage et d'éviter ainsi un reconditionnement de l'ensemble du colis, après cette expertise destructive. Le bouchon de blocage constitue donc une liaison intime entre le béton constituant l'enveloppe contenant les déchets, le fût 1 et le couvercle 20 du conteneur, assurant ainsi une continuité du matériau cimentaire, au droit de la fermeture du conteneur. Dans le cas d'un conteneur en fonte, la complémentarité avec le matériau cimentaire du bouchon améliore l'imperméabilité de l'ensemble. Le comblement des vides internes du colis à l'intérieur du conteneur permet d'améliorer le comportement global du stockage. La masse du conteneur en fonte est minimisée grâce cette conception qui permet d'optimiser le volume du couvercle en fonte et son interface avec le fût ; en effet, le couvercle est encastré et une partie de son volume est rempli par du matériau cimentaire en lieu et place de la fonte, ce qui réduit la masse du couvercle. L'invention s'appuie sur un ensemble fût et couvercle boulonné amovible. L'utilisation d'un couvercle amovible peut permettre si besoin de disposer d'un premier couvercle pour la phase de remplissage des déchets (par exemple cimentation d'effluents radioactifs), et d'un second couvercle plus adapté pour assurer la qualité de la fermeture puis la phase de stockage. REVENDICATIONS1) Procédé de fermeture définitive d'un conteneur contenant des déchets radioactifs (10), le 5 conteneur comprenant : - un fût (1), surmonté de : - un couvercle (20), le conteneur étant rempli de déchets radioactifs (10), de manière à ce qu'il subsiste un espace (13) entre la 10 partie supérieure de l'ensemble de déchets radioactifs (10) et le couvercle (20), caractérisé en ce qu'il consiste à combler l'espace (13) entre l'ensemble de déchets et le couvercle avec un matériau de blocage, au moyen d'au moins un orifice 15 d'injection (28) prévu dans le couvercle (20) et grâce à au moins un orifice d'évacuation (29) dans le couvercle (20) pour évacuer l'air, lors du remplissage du matériau de blocage. 2) Procédé selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une gorge annulaire (4) sur la partie supérieure de la paroi interne (2) du fût (1), juste en dessous l'emplacement où le couvercle (20) doit être placé, pour permettre au bouchon de blocage (30), ainsi constitué, par le 25 matériau de blocage, d'avoir un diamètre supérieur au diamètre du reste de la paroi interne (4) du fût (1). 3) Conteneur destiné à contenir des déchets radioactifs (10) et étant constitué de : - un fût (1) ; et 30 - un couvercle (20),le conteneur devant être rempli d'un ensemble de déchets radioactifs, de manière à ce qu'il subsiste un espace (13) entre la partie supérieure de l'ensemble de déchets et la surface inférieure (27) du couvercle (20), cet espace (13) devant être comblé par un matériau de blocage constituant un bouchon (30), le matériau de blocage étant injecté par au moins un orifice d'injection (28) prévu dans le couvercle (20) et en utilisant au moins un orifice d'évacuation (29) pour faire sortir l'air, lors du remplissage, caractérisé en ce que une gorge annulaire (4) est prévue sur la partie supérieure de la paroi interne (2) du fût (1), juste en dessous de l'endroit où doit être placé le couvercle (20), pour permettre au bouchon (30) formé par le matériau de blocage d'avoir un diamètre supérieur au diamètre du reste de la paroi interne (2) du fût (1). 4) Conteneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle (20) a un épaulement (21) d'un diamètre externe correspondant à un jeu de montage près, au diamètre de la paroi interne (2) du fût (1), caractérisé en ce que des orifices de passage (type 22A ou 22B) sont prévus dans l'épaulement (21) pour que le matériau de blocage, devant constituer le bouchon (30), puisse pénétrer dans l'espace annulaire formé par la gorge annulaire (4) du fût (1). 5) Conteneur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la surface interne (27) du couvercle (20) a une forme légèrement conique pour 30 permettre le remplissage du matériau de blocage.