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Technical Report NTB 86-27
Resaturation of backfilled tunnels in granite
On propose d'utiliser de l'argile bentonitique hautement compactée comme matériau de colmatage autour des conteneurs de dépôt final pour déchets de haute activité, appelés à être stockés à I'intérieur de galeries creusées dans le socle cristallin du nord de la Suisse. La bentonite, qui a initialement une faible teneur en eau, parvient progressivement à saturation, en raison de l'apport d'eau provenant de la roche cristalline. Le temps et le degré de saturation de la bentonite sont importants à connaître pour les analyses de sûreté, en raison de leurs effets sur la corrosion du conteneur de déchets, sur le lessivage de la matrice de déchets et sur le transport des radionucléides dans le matériau de colmatage. On utilise un modèle tridimensionnel diphasé (FAMOS) pour quantifier la saturation en eau escomptée dans les conditions mentionnées ci-dessus.
Le temps nécessaire à la saturation complète – calculé avec le modèle FAMOS – varie de moins de 100 ans à plus de 1000 ans. Ces résultats sont comparables à ceux de modèles de diffusion de la saturation de la bentonite pour un coefficient de diffusion de 3 × 10-10 m2 s1. Le temps de saturation dépend des propriétés hydrauliques de la bentonite ainsi que de la conductivité hydraulique de la roche cristalline saturée en eau. Avec des conductivités hydrauliques du granite saturé de l'ordre de grandeur de 10-9 m s1, la bentonite arrive à saturation complète en moins de 100 ans. Avec des conductivités hydrauliques de l'ordre de grandeur de 10-12 m s-1, elle a besoin de plusieurs centaines d'années, voire de plus de 1000 ans pour y parvenir. Pour une conductivité hydraulique du granite donnée, le degré de saturation est fonction du rapport entre la pression capillaire de la bentonite et la caractéristique de la saturation en eau. En présence de pressions capillaires élevées (de l'ordre de grandeur de 105 kPa), la bentonite arrive assez vite à saturation, alors que pour des pressions capillaires plus basses, le temps nécessaire à une saturation en eau complète augmente.
On a simulé, à l'aide du modèle FAMOS, la resaturation unidimensionnelle d'un échantillon cylindrique de bentonite; les résultats ont alors été comparés à ceux des mesures obtenues par la Nagra. On a procédé à des analyses de sensibilité en faisant varier la conductivité hydraulique de la bentonite saturée de 10-13 m à 10-14 m s-1, le rapport entre la pression capillaire caractéristique et la caractéristique de la saturation en eau, ainsi que celui entre la perméabilité relative caractéristique et la caractéristique de la saturation en eau. En utilisant un rapport entre la pression capillaire et la saturation déduit des mesures des isothermes d'adsorption de vapeur d'eau de la bentonite, et une densité à sec de 1.92 Mg m-3, la valeur la plus probable obtenue pour la conductivité hydraulique de la bentonite a été de 2 × 10-14 m s-1. Cette estimation correspond à des valeurs qui ont été observées par d'autres chercheurs en Suède, en Suisse et aux Etats-Unis.