Brevet FR3030612A1 — publié le 20160624

BOUCHON POUR GALERIE DE STOCKAGE ET SON PROCEDE D'ELABORATION DESCRIPTION Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui du stockage souterrain de déchets toxiques, notamment radioactifs, dans des galeries et ceci de façon pluri-séculaire. Le milieu géologique choisi est généralement argileux ou granitique. Art antérieur et problème posé Le devenir des déchets dangereux est un problème qui est posé depuis de longue date, en particulier pour les déchets radioactifs provenant notamment des centrales nucléaires ou des usines de retraitement des combustibles usés. Dans ce cadre, les colis de déchets sont placés dans des conteneurs, stockés dans des galeries ou alvéoles souterraines, pratiquées, à grande profondeur, dans un sol géologique du type argileux ou granitique. De plus, dans le cadre du stockage à très long terme, on procède à la fermeture progressive des galeries de stockage, qui sont fermées séquentiellement au fur et à mesure de leur remplissage par des colis de déchets. D'autre part, il est connu d'utiliser de l'argile gonflante, de type « bentonite » pour constituer des bouchons de galeries souterraines de stockage, ou de parties de galeries. Cette bentonite est apte à s'hydrater avec le temps, pour générer une pression, permettant d'obturer la galerie dans laquelle le bouchon, qu'elle constitue, est placé. En conséquence, théoriquement, un bouchon en bentonite obture de façon satisfaisante la galerie. La pression visée à très long terme, de l'ordre du millénaire est de 7 MPa, soit 700 tonnes/m2. Il est également souhaité que le noyau, ou bouchon, soit enserré par deux parois ou massifs en béton, permettant de contenir la bentonite dans un volume déterminé initial, pour qu'elle puisse générer efficacement la pression de gonflement. On signale que la bentonite utilisée est une bentonite du Wyoming, par exemple de type momonrillonite sodique naturelle, d'appellation commerciale MX80 ou WH2. Pour la construction de ce noyau, ou bouchon, il est indispensable de pouvoir mettre en oeuvre la bentonite avec une densité sèche suffisante pour qu'elle puisse générer la pression de gonflement attendu à long et très long termes. La densité de gonflement est proportionnelle à la pression de gonflement. Dans la pratique, une pression de gonflement de 7 MPa correspond à une densité sèche, de l'ordre de 1,61 tonnes/m3, soit de 1,61. Or, au départ, la bentonite est extraite d'une carrière, avant d'être transformée pour être utilisable en poudre, dont la densité sèche de foisonnement est de l'ordre de 1,06. Cette poudre ne peut donc pas être utilisée comme telle pour remplir ou constituer le bouchon. De plus, le bouchon est long ; il revient donc trop cher de le réaliser avec des briques, à cause de leur temps et de leur technique de manipulation. Le but de l'invention est donc de permettre l'élaboration d'un bouchon en bentonite dans une galerie de stockage et dont la densité sèche est la plus proche possible de 1,61 ou supérieure. Objets de l'invention Le premier objet principal de l'invention est un bouchon de scellement de galerie de stockage souterrain en milieu géologique, le bouchon étant constitué en bentonite. Selon l'invention, il est constitué d'un mélange de pellets de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 2 et de poudre de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 1,2. De préférence, la poudre de bentonite est constituée de pellets de bentonite concassés au préalable. Le diamètre des pellets est compris entre 30 et 34 mm. Un deuxième objet principal de l'invention est un procédé d'élaboration d'un tel bouchon, scellé dans une galerie de stockage souterrain en géologique, en particulier argileux ou granitique, afin d'obturer de façon étanche la galerie avec la bentonite. Selon l'invention, le procédé consiste à entasser un mélange de pellets de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 2 et de diamètre compris entre 30 et 34 mm et de poudre de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 1,2. Dans la mise en oeuvre principale du procédé selon l'invention, on utilise une vis d'alimentation en poudre et une vis d'alimentation en pellets. Dans la mise en oeuvre préférentielle du procédé selon l'invention, les extrémités de déchargement, respectives de chacune, sont superposées verticalement, l'extrémité de déchargement d'une des deux premières vis, destinée à décharger les pellets, étant placée en dessous de l'extrémité de déchargement de la deuxième vis, destinée à décharger la poudre, et ceci sauf lorsqu'on atteint la partie sommitale de la galerie, où les deux extrémités de déchargement respectives sont misent côte-à-côte horizontalement. Dans ce dernier cas, il est avantageux de placer les deux extrémités de déchargement dans le monticule déjà formé et destiné à constituer le bouchon. Les vitesses de rotation et pas des vis d'alimentation sont réglées en fonction de la proportion pellets/poudre. Enfin, il est possible d'équiper les deux extrémités de déchargement respectives des deux vis d'alimentation d'un embout mélangeur, possédant deux entrées à insérer sur chaque extrémité de déchargement des deux vis et une sortie unique du mélange obtenu. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, qui est accompagnée de quatre figures, représentant respectivement : - figure 1, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - figure 2, une variante de cette mise en oeuvre; - figure 3, un schéma en coupe du haut d'une galerie dans lequel le procédé selon l'invention est mis en oeuvre; et - figure 4, en vue cavalière, un embout utilisé dans le procédé selon l'invention. Description détaillée d'une réalisation de l'invention Il est donc proposé de réaliser un bouchon avec de la bentonite, sous la forme de pellets et de poudre. En effet, lorsque la poudre est compactée en pellets, qui sont des billes, la densité est plus importante, à savoir de l'ordre de 2,05 pour des pellets précompactés de l'ordre de 30 mm de diamètre. Or, lorsque l'on remplit un volume donné par des billes, c'est-à-dire par des pellets, ceci génère, entre eux, des zones de vide, où il n'y a pas de matière et où la densité, de manière sèche dans le volume global, est bien inférieure à la valeur cible, qui est de 1,61.1Iconvient donc de remplir cet espace entre les pellets « interpellets » par une poudre dense, permettant d'augmenter la densité globale à l'intérieur du volume déterminé. Or, la poudre de bentonite de densité sèche de foisonnement, qui est de 1,06 n'est pas apte à remplir cette fonction car sa densité est trop faible. L'utilisation de poudre obtenue à partir de pellets concassés peut présenter une densité sèche de foisonnement, de l'ordre de 1,25; ceci permet de solutionner la difficulté ci-dessus énoncée. Le bouchon est ainsi constitué de deux formes de bentonites différentes, pellets et poudre de pellets concassés, qui doivent être agencés au mieux pour mettre en oeuvre le plus possible de masse de matière sèche. Les matériaux utilisés pour constituer le bouchon sont des pellets d'environ 32 mm de diamètre et du concassé de pellets d'environ 32 mm de diamètre obtenus à partir de bentonite du Wyoming, d'appellation commerciale WH2. Le concassé de pellets a lieu au dernier moment pour avoir une densité sèche plus importante. Or, il a été constaté que, si on déverse, en même temps, des pellets et de la poudre par dessus à l'endroit où le bouchon doit être constitué, on peut obtenir le remplissage des vides entre les pellets. Toutefois, se pose le problème matériel, une fois la galerie presque entièrement bouchée, lorsque le monticule constitué arrive près du sommet de la galerie. Les zones sommitales ne peuvent pas être remplies. La figure 1 montre un dispositif apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, à petite échelle. Les principaux éléments d'un tel dispositif sont deux vis d'alimentation 10 et 20, mues chacune par un moteur 16 et alimentée chacune par une trémie 14 et 24. La trémie 14 est remplie de poudre de bentonite et alimente donc la vis d'alimentation 10 en poudre. La trémie 24 contient des pellets de bentonite et alimente la vis d'alimentation 20 en pellets. Une caractéristique principale de l'invention est la position respective des deux extrémités de déchargement 12 et 22 des deux vis d'alimentation 10 et 20. L'extrémité de déchargement 12 de la vis d'alimentation en poudre est placée au-dessus de l'extrémité de déchargement 22 de la vis 20 d'alimentation en pellets. Ainsi, lorsque les deux vis d'alimentation 10 et 12 sont en action, les pellets de bentonite tombent sur l'entassement, destiné à constituer un bouchon, tout en étant saupoudrés par de la poudre de bentonite. Ainsi, au fur et à mesure que l'entassement s'effectue, la poudre tombe en continu sur les pellets et remplie simultanément les espaces inter-pellets pour les combler complètement. On comprend que le réglage des vis d'alimentation 10 et 20 doit être effectué pour que ce remplissage soit effectif. On tient donc compte, à cet effet, de la taille des pellets et des éléments qui constituent la poudre. Un tel dispositif est prévu mobile grâce à des roues ferroviaires 21 et des rails non représentés. En référence à la figure 4, la casse s'effectue majoritairement lors de leur transfert dans la vis d'alimentation 20 en pellets, par cisaillage et lors de l'entrée dans la vis par les spires de l'entonnoir d'admission de la vis d'alimentation 20. Si on diminue la quantité de pellets admise dans l'entonnoir, on diminue la casse des pellets. En conséquence, la trémie 24 contenant les pellets a été déportée et une bande transbordeuse, de type « tapis roulant» 26 a été montée en amont de la vis d'alimentation 20. Ainsi, on génère une admission continue des pellets au compte-goutte. Bien entendu, le débit de la bande transporteuse 26 et de la vis d'alimentation 20 doivent être synchronisés. Ainsi, les pellets ne seront pas écrasés par ceux se trouvant au-dessus d'eux, au moment de l'entrée dans l'entonnoir de la vis d'alimentation 20 en pellets. De plus, les pellets ayant une teneur en eau très faible sont fragiles. S'ils se cassent lors de leur transfert, certains morceaux de pellets se placent au sommet des vides inter-pellets et empêchent la poudre de remplir correctement ces vides. La figure 3 montre la fin de l'élaboration d'un bouchon, dans une galerie. Cette dernière est symbolisée par sa partie sommitale 30, de forme légèrement arrondie. Les extrémités de déchargement respectives des deux vis d'alimentation sont également représentées. L'extrémité de déchargement 12 de la vis d'alimentation se trouve alors au-dessus de l'extrémité de déchargement en pellets, à un emplacement repéré 22A. L'extrémité de déchargement en poudre 12, arrivant au contact avec la partie sommitale 30 de la galerie, le processus ne peut se continuer pour combler complètement l'espace entre le bouchon et la galerie. L'extrémité de déchargement de la vis d'alimentation en pellets est alors déportée à côté de l'extrémité de déchargement 12 d'alimentation en poudre à un endroit repéré 22B. Il peut être envisagé de procéder à ce déplacement des deux extrémités de déchargement respectives, un peu avant l'arrivée de l'extrémité de déchargement 12 en poudre, contre la partie sommitale 30 de la galerie. Les deux extrémités de déchargement sont alors plus ou moins enfouies dans le monticule déjà formé. Cette mesure permet de créer et une pression suffisante pour remplir parfaitement les excroissances de la galerie. En référence à la figure 4, un embout 40 peut être utilisé pour effectuer le mélange des pellets et de la poudre. Un tel embout comprend deux entrées : une entrée de poudre 41A et une entrée de poudre 41B, placées l'une à côté de l'autre. Sur cette figure 4, elles sont représentées superposées, comme pendant l'utilisation de l'embout pendant une grande partie de l'élaboration du bouchon. L'embout est de type mélangeur, c'est-à-dire que les canalisations issues des entrées de poudre 41A et de pellets 41B se rejoignent. L'embout possède, de ce fait, une seule sortie de déchargement 42. REVENDICATIONS1) Procédé d'élaboration d'un bouchon de scellement dans une galerie de stockage souterrain en milieu géologique, afin d'obturer de façon étanche la galerie avec de la bentonite, caractérisé en ce qu'il consiste à entasser un mélange de pellets de bentonite de densité sèche supérieure ou égale à 2 et de poudre de bentonite de densité sèche supérieure ou égale à 1,2, au moyen d'une vis d'alimentation (10) en poudre et d'une vis d'alimentation 20 en pellets. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de déchargement (12) de la vis d'alimentation (10) en poudre est placée au-dessus de l'extrémité de déchargement (22) de la vis d'alimentation (20) en pellets, jusqu'à ce que ces extrémités atteignent la partie sommitale (30) de la galerie, où elles sont alors mises côte-à-côte horizontalement. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour élaborer l'extrémité supérieure du bouchon, contre la partie sommitale 30 de la galerie, les deux extrémités de déchargement (12) et (22) sont placées dans l'entassement, déjà formé. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que la poudre de bentonite est obtenu à partir de pellets de bentonite concassés. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des pellets est compris entre 30 et 34 mm. 6) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un embout mélangeur (40) à insérer sur les extrémités de déchargement (12) et (22) des vis d'alimentation (10) et (20), et comprenant une entrée de poudre (41A) à placer sur l'extrémité de déchargement (12), une entrée de pellets (41B) à placer sur l'extrémité de déchargement (22) de pellets et une sortie de déchargement (42) unique du mélange obtenu. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio pellets/poudre est égal à 70/30, plus ou moins 5%. 8) Bouchon de galerie de stockage souterrain en milieu géologique, le bouchon étant constitué en bentonite, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélangede pellets de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 2 et de poudre de bentonite de densité sèche égale ou supérieure à 1,2. 9) Bouchon selon la revendication 8, caractérisé en ce que la poudre de bentonite est constituée de pellets de bentonite concassés au préalable. 10) Bouchon selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le diamètre de pellets est compris entre 30 et 34 mm. 11) Bouchon selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le ratio pellets/poudre est égal à 70/30, plus ou moins 5%.