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Technical Report NTB 99-09
Coupled Transport Phenomena in the Opalinus Clay: Implications for Radionuclide Transport
Les phénomènes couplés (osmose thermique et chimique, hyperfiltration, diffusion couplée, diffusion thermique, filtration thermique et effet Dufour) sont susceptibles de jouer un rôle important au niveau des mécanismes d’écoulement de transport de solutés et de chaleur dans les formations riches en argiles, telles que les argiles à Opalines (OPA). Ces formations sont considérées comme des roches d’accueil potentielles pour le confinement des déchets radioactifs. Dans ce travail, les effets potentiels de phénomènes couplés sur le transport de radionucléides ont été étudiés au voisinage d’un site d’entreposage, au sein de l’OPA, soit pour déchets vitrifiés de type hautement radioactifs (HLW) que pour le combustible nucléaire usagé (SF), et considérant des temps égaux ou postérieurs à la vie prévue des récipients métalliques (environ 1000 ans).
En premier lieu, les flux de solutés associés aux mécanismes d’osmose chimique, d’hyperfiltration, de diffusion thermique, et d’osmose thermique ont été calculés. Ces estimations ont été obtenues à partir de données expérimentales disponibles, relatives aux processus couplés de transport dans les argiles compactées, selon les conditions hydrogéologiques et géochimiques existant dans les argiles à Opalines. Ces résultats suggèrent que seul le mécanisme couplé de l’osmose thermique peut avoir un effet important sur le transport de solutés et de fluides aux alentours du dépôt.
Dans une deuxième partie, les flux thermiques associés à la filtration thermique et à l’effet Dufour ont été calculés aux alentours du site d’entreposage. Les flux thermiques obtenus sont négligeables comparés à ceux engendrés par conduction thermique.
Lors de l’étape suivante, le but a été d’obtenir des résultats supplémentaires sur les effets de phénomènes couplés sur le transport de masse en solution. Les flux de solutés associés aux mécanismes d’advection, de diffusion chimique, d’osmose thermique et chimique, d’hyperfiltration et de diffusion thermique ont été décrits à l’aide d’une équation de transport unidimensionnelle. La solution analytique de cette équation, par le biais de paramètres appropriés, montre que l’osmose thermique est le seul processus de transport susceptible d’avoir un effet marqué sur les performances du dépôt. Ce résultat est en accord avec les estimations précédentes.
Finalement, les résultats de modèles d’écoulement simples à deux et à trois dimensions décrivant les processus d’advection (loi de Darcy) et d’osmose thermique ont montré que pour les conditions régnant au voisinage du dépôt et pour les temps d’intérêt, la composante advective de l’écoulement s’oppose à celle thermo-osmotique et l’annule.
En conclusion, l’évaluation des différents mécanismes de transport couplés a mis en évidence le très faible impact du couplage sur le transport des radionucléides dans les argiles à Opalines, au moins pour les conditions reignant à des temps égaux ou postérieurs à la vie prévue des récipients métalliques (environs 1000 ans).