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Technical Report NTB 16-03
Production, consumption and transport of gases in deep geological repositories according to the Swiss disposal concept
Dans un dépôt pour déchets radioactifs aménagé en couches géologiques profondes, en l'absence d'oxygène et en présence d'eau, la corrosion de différents métaux et alliages entrainera la formation d'hydrogène. Les matières organiques éventuellement présentes pourront subir une dégradation progressive, émettant du dioxyde de carbone, du méthane et d'autres espèces gazeuses. En fonction de l'environnement de dépôt spécifique, les gaz générés pourront être consommés par des réactions et par l'activité microbienne. Si le taux de génération de gaz dépasse le taux de diffusion des molécules de gaz dissoutes dans les pores des barrières ouvragées et de la roche d'accueil, la limite de solubilité du gaz finira par être atteinte, conduisant à la formation d'une phase gazeuse. Les gaz pourraient alors continuer à s'accumuler jusqu'à ce que la pression soit suffisante pour qu'ils soient libérés en forme gazeuse.
Le présent rapport traite de l'évolution des processus liés au gaz qui peuvent influencer le comportement à long terme et la sûreté des dépôts pour déchets de haute activité (DHA) et déchets de faible et moyenne activité (DFMA) implantés dans l'Argile à Opalinus. Son objectif principal est de dresser une synthèse des processus et phénomènes liés aux gaz produits dans un dépôt géologique et d'évaluer leur influence sur la performance du dépôt. Il propose une vue d'ensemble des sources de gaz, de leurs réactions et interactions, de même que des processus et phénomènes de génération, consommation et transport. En outre, sur la base des connaissances scientifiques actuelles, il définit les indicateurs et critères de fonction de sûreté qui vont servir à évaluer l'influence potentielle des gaz générés dans le dépôt sur les propriétés des barrières ouvragées et naturelles qui sont déterminantes pour la sûreté.
La génération, la consommation et le transport des gaz sont étudiés séparément pour les deux types de dépôts prévus (DHA et DFMA). La méthodologie utilisée, commune aux deux types de dépôts, consiste à décrire et quantifier les sources de gaz potentielles, en l'occurrence les déchets, les composants des barrières, tels les conteneurs, et d'autres éléments du dépôt générant des gaz, puis les processus et réactions entrainant la génération ou la consommation de gaz. On calcule alors l'évolution de la production de gaz et le volume cumulé pendant la période considérée pour l'évaluation de la sûreté. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés comme données d'entrée pour la modélisation du transport des gaz, ainsi que de la montée de la pression gazeuse et des flux d'eau qui en découlent, ces deux derniers éléments constituant des indicateurs de fonctions de sûreté. Les incertitudes et les options sont combinées de différentes manières pour évaluer des situations spécifiques, qui servent ensuite à définir le spectre de valeurs prévu pour les paramètres pertinents en matière de sûreté, à mettre en évidence l'effet potentiel des mesures correctives visant à réduire la quantité de gaz générée, et enfin à identifier les domaines où l'on pourrait tirer le plus grand profit de recherches complémentaires.
Le principal résultat de l'analyse de performance est que pour des situations de référence pessimistes, et même pour les situations à la limite supérieure du spectre envisageable, la production de gaz dans les dépôts DHA et DFMA ne compromet pas les fonctions de sûreté de la roche d'accueil et des barrières ouvragées après la fermeture. Dans toutes les situations étudiées, il reste une marge de sûreté par rapport aux critères d'évaluation définis. De plus, il existe différentes options de conception qui pourraient permettre de réduire les conséquences de la production de gaz. Celle-ci, dans les deux types de dépôts, est dominée par l'hydrogène, résultant en premier lieu de la corrosion de l'acier au carbone. En conséquence, on peut diminuer les quantités de gaz produites pendant le période d'évaluation de sûreté, soit en mettant en œuvre d'autres technologies pour l'emmagasinage des déchets et la construction, soit en ayant recours à d'autres matériaux pour les conteneurs, soit encore en procédant à un traitement par fusion des déchets métalliques. Le développement d'une surpression de gaz et le déplacement des eaux interstitielles en résultant pourraient en outre être modérés par le biais d'une consommation microbienne des gaz ou en adaptant le système ouvragé de transport des gaz.