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Technical Report NTB 86-12
Bentonite as a backfill material in the high-level waste repository: chemical aspects
Le présent concept de la Nagra pour le stockage final de déchets hautement radioactifs prévoit d'emmagasiner le verre au borosilicate dans des conteneurs en acier placés dans des tunnels de 3,7 m de diamètre, à une profondeur de 1000 à 1500 m. Ces tunnels doivent être remplis avec de la bentonite compactée, argile à teneur élevée en montmorillonite. Les bentonites s'avèrent particulièrement aptes à servir de matériau de colmatage, en raison de leur capacité de gonflement, de leur faible conductibilité hydraulique et de leurs caractéristiques de sorption.
Le présent rapport se limite aux aspects chimiques du matériau de colmatage susceptibles d'influencer le comportement d'un système de dépôt final, à savoir gonflement, caractéristiques de sorption et stabilité à long terme.
Dans des conditions de dépôt final, le gonflement de la montmorillonite par infiltration d'eau est essentiellement intercristallin. Pour décrire ce processus quantitativement, on ne dispose actuellement pas de modèle microscopique. Sur la base de la thermodynamique d'équilibre, on peut toutefois déduire certaines relations entre la pression de gonflement et l'isotherme de sorption de la vapeur d'eau, expérimentalement plus facile d'accès, ou la chaleur d'immersion.
L'adsorption de cations, importante pour la rétention des nucléides dans le dépôt final, peut être décrite à l'aide de modèles. Mais l'interprétation sous un angle théorique de données de sorption publiées n'est, pour diverses raisons, que rarement possible. C'est pourquoi on leur préfère des mesures directes de diffusion sur de la bentonite compactée.
Les caractéristiques du matériau de colmatage ne se modifieront pas de manière sensible en l'espace de quelque 106 années. C'est ce qu'il ressort de l'étude d'analogies naturelles et d'expériences en laboratoire. A long terme, on ne peut toutefois pas exclure la formation d'illite/montmorillonite à couche mixte. De telles argiles conservent de bonnes caractéristiques de gonflement et de sorption. Du fait des rapports volumétriques prévus, il ne faut pas craindre non plus de modifications défavorables suite à la désintégration radioactive.
Faute de données bibliographiques, les interactions entre la bentonite et les produits de la corrosion du conteneur doivent être étudiées expérimentalement. Les genres des produits de réaction à attendre (argiles contenant du fer) et le rapport élevé bentonite/fer n'impliquent pas nécessairement une détérioration de la fonction du matériau de colmatage.
En raison de sa meilleure stabilité, une bentonite de calcium est préférable à la variante avec sodium. Il s'agit de viser une faible teneur en fer, vu que dans des conditions réductrices, la charge de couche de la montmorillonite s'accroit par réduction de fer (III). Les impuretés organiques et sulfuriques devraient également être les plus faibles possible.