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Technical Report NTB 84-01
Experiments on Container Materials for Swiss High-Level Waste Disposal Projects Part II
Le présent concept pour l'entreposage définitif de déchets hautement radioactifs en Suisse consiste en un dépôt à une profondeur de 1000 à 1500 m dans le socle cristallin de la Suisse septentrionale. Ces déchets seront placés dans des conteneurs devant former une barrière d'une efficacité considérable pendant 1 '000 ans au minimum.
La présente étude est la deuxième d'un groupe de deux concernant l'évaluation de matériaux appropriés pour ces conteneurs. A la suite du premier rapport quatre matériaux avaient été sélectionnés pour une évaluation supplémentaire: l'acier coulé, la fonte sphéroidale, le cuivre et le Ti-Code 12. On avait conclu que des essais supplémentaires étaient nécessaires -avant tout pour ce qui concerne la corrosion -pour retenir définitivement ces matériaux comme candidats pour la construction de conteneurs.
Le programme expérimental comprend:
- des essais de corrosion sur cuivre exposé aux rayons gamma
- des essais de corrosion par immersion sur les matériaux candidats y inclus des échantillons soudés
- des essais de corrosion sur les quatre matériaux dans de la bentonite saturée
- des essais à vitesse de déformation contrôlée sur le Ti-Code 12 et le cuivre à 80ºC
- le comportement du cuivre, du Ti-Code 12 et du Zircaloy-2 en contact avec du plomb liquide
- la mesure du potentiel et du courant galvanique sur des comptes de différents matériaux.
Le milieu corrosif standard était de l'eau minérale provenant de la source de Bad Säckingen. La salinité totale de cette eau est de 3200 mg/l environ, dont environ 1600 mg/l de chlorures. La teneur en oxygène est maintenue au niveau de 0.1 μg/g. Pour certain essais, le milieu d'essai était modifié afin de rendre les conditions plus sévères.
En général, les résultats des essais de corrosion confirment l'évaluation faite dans le premier rapport. Tous les matériaux sont appropriés pour la construction de conteneurs pour les déchets hautement actifs: l'acier coulé, la fonte sphéroidale et le cuivre pour des conteneurs mono-couches et le Ti-Code 12 comme revêtement extérieur inoxydable dans le cas d'un conteneur multicouche. Le cuivre serait également approprié comme revêtement intérieur d'un conteneur en acier pour limiter la croissance de pénérations locales éventuelles dans l'acier.
Pendant les premières 500 heurs le taux de corrosion des métaux à base de fer diminue rapidement sous les conditions standard; la perte de métal est plus élevée à 80°C qu'à 140°C. Des taux de corrosions inférieurs à la pm/a ont été mesurés à 140°C sur une période de 6'000 heures pour l'acier coulé; 34 μm/a ont été observés à 80°C sur une période de 1440 heures. Pour l'intervalle de 500 à 1440 heures à 80°C un taux de corrosion inférieur à 10 μm/a peut été estimé. Aucune attaque localisée n'a été constatée. Ceci a permis de conclure qu'un supplément d'épaisseur pour la corrosion de 20 μm/a est adéquat pour l'acier coulé et la fonte sphéroidale.
Le fait que le cuivre est un matériau approprié pour conteneur a été confirmé. La corrosion des échantillons de cuivre est proportione11e à la vitesse avec laquelle l'oxygène est transporté vers la surface. Il faut mentionner l'absence d'attaque locale ainsi que d'autres phénomènes de corrosion. L'exposition aux radiations d'une intensité équivalente à celle derrière un écran protecteur en cuivre de 30 mm d'épaisseur n'a pas révélé un effet significatif sur le comportement en corrosion du cuivre.
La bentonite n'a pas influencé le comportement en corrosion des quatre matériaux exposés à 140ºC pendant une période de 400 heures.
Les essais à vitesse de déformation controlée confirment que le Ti-Code 12 et le cuivre résistent à la corrosion sous tension dans les conditions règnant dans le depot.
Le cuivre, le Zircaaloy-2 et le Ti-Code 12 ne sont pas affectés par la présence de plomb liquide. La résistance du Ti-Code 12, du Zircaloy-2 et du cuivre au plomb liquide permet l'usage de ce dernier pour colmater les espaces interstitiels.
Les analyses chimiques des eaux souterraines que la Cédra a menées à bien au cours de son programme géologique montrent que la composition standard de l'eau utilisée pour la présente étude est nettement moins saline que les eaux du socle cristallin suisse à une profondeur de 1000 à 1500 m (salinité totale typiquement 15000 mg/l), mais plus oxydante (les eaux souterraines analysées sont praquement exemptes d'oxygène). Le comportement en corrosion des quatre matériaux examinés est cependant probablement très similaire dans ces eaux souterraines à ce qui a été observé dans le cadre de la présente étude. Afin d'étayer cette hypothèse on a commencé des essais de corrosion par immersion et des essais dans la bentonite avec une nouvelle composition standard très proche de celles observées.