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Technical Report NTB 97-02
Calculations of the Temperature Evolution of a Repository for Spent Fuel in Crystalline and Sedimentary Rocks
L'évolution thermique est un facteur à prendre en considération dans les analyses de sûreté lors de la conception d'un dépôt de déchets radioactifs. En effet, de nombreux processus qui conditionnent la sûreté à long terme sont dépendants de la température. Ce rapport présente les résultats de calculs d'évolution thermique pour un dépôt de combustible nucléaire usagé. Ces calculs reposent sur un concept provisoire décrivant le champ proche d'un dépôt dans lequel le combustible usagé est placé dans des fûts composites d'acier et de cuivre entreposés suivant l'axe horizontal de galeries, les vides étant comblés à l'aide de bentonite.
La température des éléments de ce champ proche varie avec le temps, en raison de la chaleur émise par le combustible usagé. Le taux de chaleur qui se dégage des fûts dépend de la composition du combustible à l'origine, des conditions auxquelles il était exposé dans le réacteur, de la période de stockage intermédiaire avant le dépôt final et du taux de remplissage des fûts. Le taux de chaleur émis décroît avec le temps en raison de la désintégration des radionucléides à vie courte. Les calculs sont basés sur l'hypothèse d'un dégagement de chaleur de 1000 Watts par fût, ceci 40 ans après le retrait du combustible du réacteur. Ils indiquent que les températures à l'interface roche d'accueil / bentonite, au centre de la masse de bentonite et à l'interface bentonite / fût s'élèvent respectivement à 98°C, 103°C et 126°C, avant de décroître à la température ambiante de la roche d'accueil, ici le socle cristallin du nord de la Suisse (cas d'étude de base).
Par ailleurs, l'étude a porté sur les variations de paramètres permettant de déterminer la sensibilité de l'évolution thermique par rapport à la production de chaleur, aux spécifications conceptuelles du dépôt et aux incertitudes vis-à-vis des propriétés des matériaux. Les principaux résultats sont les suivants: (i) Un accroissement de la production de chaleur à 1500 Watts par fût 40 ans après le retrait du combustible du réacteur conduit à une augmentation significative des températures dans le dépôt (par exemple à l'interface roche d'accueil/bentonite, on observe une augmentation de la température de 22°C). (ii) Une réduction de l'espacement des galeries de 20 m (cas d'étude de base) à 10 m produit une augmentation substantielle de la température, tandis qu'une augmentation de cet espacement à 40 m produit un effet inverse moins prononcé. (iii) Les propriétés thermiques de la bentonite et de la roche d'accueil sont des paramètres moins sensibles (les températures du champ proche sont réduites si les conductivités et les capacités thermiques sont accrues). (iv) La présence d'air emprisonné dans la bentonite, ou autour d'elle, a peu d'influence sur l'évolution thermique du site, ce qui est également vrai pour l'espacement longitudinal des fûts et le diamètre des galeries. (v) Les températures calculées pour un dépôt à 600 m de profondeur dans les Argiles à Opalinus sont inférieures à celles calculées pour un dépôt à 1200 m de profondeur dans le socle cristallin du nord de la Suisse, principalement en raison de la moindre profondeur de dépôt et donc d'une température ambiante de la roche d'accueil plus faible. Les températures au milieu et dans les parties périphériques de la bentonite sont réduites d'environ 10°C si la profondeur du dépôt dans le socle cristallin est réduite à 900 m.