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Technical Report NTB 86-25
Experiments on Container Materials for Swiss High-Level Waste Disposal Projects Part III
La conception actuelle de l'élimination des déchets hautement radioactifs en Suisse repose sur un dépôt final aménagé entre 1'000 et 1'500 mètres de profondeur à l'intérieur du socle cristallin du nord de la Suisse. Les déchets sont emmagasinés dans un conteneur devant assumer la fonction de barrière ouvragée avec une intégrité élevée, pendant au moins 1'000 ans.
Ce rapport est le troisième d'une série traitant de l'évaluation des matériaux entrant en question pour la fabrication de tels conteneurs. Le premier rapport a identifié quatre matériaux pour une nouvelle évaluation: l'acier moulé, la fonte à graphite sphéroidal, le cuivre et le Ti-Code 12. Il a été conclu que d'autres essais de corrosion étaient nécessaires pour confirmer si ces matériaux se prêtaient à la construction de conteneurs. Le deuxième rapport montre que, dans des conditions de dépôt final, l'acier moulé possède une résistance à la corrosion suffisante pour qu'on le considère comme un matériau approprié à la fabrication de conteneurs pour déchets hautement radioactifs. La vitesse de corrosion à long terme a été estimée à 20 μm/a.
Réalisées au cours du programme de recherches géologiques de la Cédra, les analyses chimiques des eaux souterraines ont montré que la composition de l'eau standard -avec une quantité totale de substances dissoutes de 3'200 mg/l et 0.1 μg/a d'oxygène -, utilisée lors de la première série d'essais sur la corrosion, était nettement moins saline et oxydante que les eaux souterraines escomptées dans un dépôt final pour déchets de haute radioactivité (quantité totale de substances dissoutes typiquement de 15'000 mg/l et pratiquement exempte d'oxygène).
Des essais d'immersion ont été réalisés dans les deux eaux, à des températures de 80 et de 140°C et avec deux teneurs en oxygène (zéro et 0.1 μg/g). La corrosion de l'acier moulé et celle de la fonte à graphite sphéroïdal est restée homogène dans toutes les conditions testées. On a observé que la vitesse de corrosion était plus grande avec l'eau de salinite plus élevée et avec une teneur en oxygène plus importante. L'influence de la température n'était pas aussi marquée. Après une immersion de l'acier moulé de 6'000 heures dans l'eau de Böttstein (0.1 μg/g d'oxygène), on a mesuré des vitesses de corrosion allant jusqu'à 60 μm/a à 80°C et de 31 μm/a à 140°C. L'oxygène s'épuise rapidement (par example par la réaction à la corrosion elle-meme), raison pour laquelle des conditions anaérobies prévalent peu après la fermeture. Les données à long terme en question sont donc les résultats pour zéro oxygène; ils vont de 4 μm/a dans l'eau de Säckingen à 140°C à 18 μm/a dans l'eau de Böttstein à 14°C.
Des essais de corrosion à long terme ont également été réalisés dans de la bentonite Na saturee en eau et fortement compactée, à 80 et 140°C, dans des conditions proches de celles prévalant dans un dépôt final. Les vitesses de corrosion pour l'acier moulé, après une exposition de 6’000 heures, étaient de l'ordre de 4 à 13 μm/a.
On n'a pas relevé de piqûre de corrosion sur les échantillons de corrosion des essais d'immersion et des tests réalisés dans la bentonite. Des modifications de la chimie des eaux souterraines pourraient cependant entraîner une forte corrosion localisée, surtout dans les premières phases où il y a suffisamment d'oxygène. On a analysé les influences de changements des éléments principaux de l'eau souterraine (c'est-à-dire chlorure et sulfate) et l'influence du carbonate. Les piqûres de corrosion ont besoin d'une certaine passivité du reste de la surface pour qu'il y ait des trous plus profonds. Des mesures électro-chimiques ont montré que la passivité est possible aux températures analysées (50 et 80°C). Les facteurs les plus importants sont le chlorure, le carbonate et le pH. Tandis que le carbonate et des valeurs élevées de pH augmentent la passivité, des teneurs élevées en chlorure peuvent aussi bien favoriser les piqûres de corrosion que réduire le domaine passif; elles peuvent donc augmenter ou réduire la tendance à la corrosion, en fonction des valeurs des deux autres paramètres. L'étude électro-chimique a confirmé l'observation selon laquelle il ne devrait pas y avoir de corrosion localisée dans les deux eaux de référence.
Les vitesses de corrosion de 6'000 heures, déduites des essais d'immersion et de ceux réalisés dans la bentonite, étaient inférieures à l'estimation à long terme de 20 μm/a pour l'acier moulé dans le dépôt final, dans des conditions anaérobies. Cette condition est importante pour une grande partie de la vie du conteneur. Il n'y a donc pas de raison de réviser l'estimation de la vitesse de corrosion à long terme totale.