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Les déchets radioactifs seront stockés sûrement et à long terme dans un dépôt en couches géologiques profondes. Un système constitué de plusieurs barrières, techniques et naturelles, les confinera de manière fiable. Loin de l’espace où vit l’homme, les substances radioactives pourront se dégrader avec le temps, jusqu’à ne plus être nocives. La durée de confinement doit comporter quelque 200 000 ans pour les déchets de haute activité et 30 000 ans pour les déchets de faible et de moyenne activité.
La Nagra planifie et construira le dépôt profond de manière que les barrières offrent la meilleure sûreté possible pendant les durées requises. Pour protéger le dépôt des glaciers et de l’érosion, nous le construiront à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Nous éviterons les zones de failles, à savoir les couches rocheuses actives présentant des déformations. En outre, nous adapterons le dépôt à la géologie du site d’implantation et l’optimiserons constamment. Les robustes barrières de sûreté permettront un jour de livrer le dépôt en profondeur à lui-même après son scellement, donc de le laisser sans intervention humaine.
Des formations de roches argileuses comme barrières naturelles
Les barrières de sûreté se complètent réciproquement. Elles protègent les déchets contre les influences néfastes telles que des eaux courantes et renferment les substances radioactives dans le dépôt en profondeur. Il n’est ainsi pas possible que de l’eau transporte des quantités excessives de substances radioactives hors du dépôt et vers la surface de la terre à travers les roches encaissantes. Les barrières font également écran au rayonnement direct, c’est-à-dire qu’à un ou deux mètres seulement de la paroi de la galerie du dépôt, il est inférieur au rayonnement naturel de la roche elle-même.
En Europe, trois types de formations géologiques sont considérées pour confiner les déchets : les roches cristallines, salines ou argileuses. Les principales barrières en Suisse sont des couches rocheuses argileuses, au sein desquelles sera construit le dépôt. En font partie l’Argile à Opalinus (roche d’accueil), très peu perméable, et les roches encaissantes qui se situent au-dessus et en dessous et qui sont également peu perméables.
Qu’est-ce que l’Argile à Opalinus ?
L’Argile à Opalinus a été formée au Jurassique, il y a quelque 173 millions d’années. À l’époque, le nord de la Suisse était couvert d’une mer peu profonde, où ont été emportés des sédiments provenant d’îles. Dans la région entre Strasbourg, Stuttgart, Zurich et Berne, des boues argileuses fines se alors sont accumulées sur le fond de la mer. L’Argile à Opalinus est née de la solidification progressive de ces sédiments. Elle doit son nom aux ammonites « Leioceras opalinum » trouvée dans cette formation rocheuse.
Où trouve-t-on de l’Argile à Opalinus en Suisse ?
C’est dans une bande entre Olten et Schaffhouse que les exigences relatives à l’épaisseur et à la profondeur de la couche d’Argile à Opalinus sont le mieux remplies. C’est dans cette zone que se situent les domaines d’implantation potentiels pour un dépôt en profondeur : Jura-est, Nord des Lägern et Zurich nord-est. L’Argile à Opalinus y présente une épaisseur d’environ 110 mètres et se situe à une profondeur entre 400 et 900 mètres. Ses propriétés sont analogues sur une vaste surface. L’espace est suffisant dans les trois domaines d’implantation, qui sont caractérisés par une situation géologique stable.
Les propriétés de l’Argile à Opalinus
L’Argile à Opalinus est constituée en majeure partie de plaquettes de minéraux argileux de taille microscopique. Raison pour laquelle elle est très étanche : d’une part, il ne s’écoule presque pas d’eau dans la roche intacte et, au contact de l’eau, nombreux des minéraux argileux gonflent (capacité d’auto-colmatage). Cela lui permet de colmater à nouveau des fissures qui se sont formées par exemple pendant le creusement des cavités dans le sous-sol profond. Tout écoulement de substances nocives peut être pratiquement exclu.
D’autre part, les minéraux argileux chargés négativement ont la propriété d’attirer les substances positives. Dans les déchets, la plupart des radionucléides sont chargés positivement et se fixent aux minéraux argileux ; un processus que l’on appelle sorption dans le jargon. Les radionucléides négatifs se déplacent extrêmement lentement dans la roche, les experts parlent ici de diffusion. L’argile à Opalinus a donc la propriété d’emprisonner très bien à long terme les substances (radioactives).
L’Argile à Opalinus étant une roche plutôt molle, elle pose quelques défis – maîtrisables au niveau technique, mais coûteux – au niveau de la construction dans le sous-sol profond. En outre, lors du stockage des déchets de haute activité encore très chauds au début, il faut veiller à ce qu’ils ne transmettent pas trop de chaleur à l’Argile à Opalinus : elle pourrait perdre ses qualités de confinement. C’est pour ces raisons et d’autres, qu’une planification minutieuse et une construction consciencieuse sont indispensables.
Les roches encaissant l’Argile à Opalinus
Les roches argileuses encaissantes contribuent également à la rétention dans le dépôt des substances radioactives, qui ne pourraient parvenir dans le milieu naturel en surface qu’avec un retard considérable. La majeure partie des radionucléides seraient alors suffisamment dégradés pour être inoffensifs.
Exemples de roches encaissantes : « Dogger brun » ou « Membre d’Effingen ». À la différence de l’Argile à Opalinus, ces roches encaissantes ne présentent pas une structure homogène: leur composition et leurs minéraux varient. Elles sont toutes deux constituées essentiellement de marne, à savoir un mélange d’argile et de calcaire. Elles contiennent cependant aussi des grès et des roches calcaires ainsi que, dans le cas du « Dogger brun », des oolithes ferrugineuses (minerai de fer). Ces couches ont une faible teneur en argile et ne sont donc pas aussi imperméables que l’Argile à Opalinus.
Les barrières de sûreté ouvragées
Pour qu’un dépôt en profondeur assure la meilleure protection possible, les barrières de sûreté ouvragées sont adaptées aux barrières naturelles.
Les barrières ouvragées dans la partie du dépôt destinée aux déchets de haute activité :
- Les substances hautement radioactives dans les éléments combustibles usés sont contenues dans les pastilles de combustible en oxyde d’uranium. Les déchets de haute activité provenant du retraitement sont inclus dans du verre. Cette matrice est difficilement soluble et constitue ainsi la première barrière ouvragée. Même si de l’eau devait pénétrer dans le conteneur de dépôt final, les substances radioactives ne pourraient parvenir dans l’eau que très lentement.
- Les éléments combustibles usés sont placés dans un conteneur de dépôt final en acier à parois épaisses. Cette deuxième barrière empêche la libération de substances radioactives pendant au moins 10 000 ans.
- Le conteneur de dépôt final est placé sur un socle en bentonite à l’intérieur de la galerie de dépôt. Ensuite, la totalité du tunnel est comblée avec du granulat de bentonite, laquelle est composée essentiellement de minéraux argileux, ce qui la rend très peu perméable. Elle constitue la troisième barrière. En cas d’infiltration d’humidité, elle gonfle et bouche ainsi les fissures et les failles. Les minéraux argileux fixent en outre les substances radioactives et les retiennent.
Les barrières ouvragées dans la partie du dépôt destinée aux déchets de faible et de moyenne activité :
- Les déchets sont solidifiés dans une matrice – du ciment, du verre ou du bitume par exemple – et enfermés dans des fûts (première barrière).
- Les fûts sont placés dans un conteneur de dépôt final en béton, qui est ensuite rempli de mortier de ciment (deuxième barrière).
- Ces cuves en béton sont placées côte à côte et les unes au-dessus des autres dans de grandes cavernes; enfin, les espaces vides sont emplis avec un mortier spécial (troisième barrière).