R613.4 Détermination en laboratoire de l’efficacité des matériaux de scellement

Les résultats seront utilisés pour élaborer des modèles numériques qui serviront à la CCSN pour évaluer l’efficacité à long terme des matériaux de scellement employés dans les dépôts situés dans une formation de roche sédimentaire.

2. Contexte
Deux initiatives pour l’évacuation des déchets radioactifs dans des formations géologiques profondes ont été proposées pour le Canada et sont actuellement examinées et évaluées par la CCSN. Les dépôts proposés dépendent de la roche hôte environnante et de barrières artificielles pour contenir et isoler les déchets de la biosphère pendant des centaines de milliers voire des millions d’années. La réussite des deux projets dépend en grande partie de l’efficacité à long terme de ces barrières.

La CCSN a élaboré un Programme d’évaluation et de recherche coordonnées (PERC) pour la sûreté des dépôts en formations géologiques, afin d’examiner l’efficacité à long terme des barrières géologiques et artificielles. À long terme, la roche hôte constitue une barrière naturelle importante pour atténuer la propagation de la contamination provenant des déchets stockés. C’est pourquoi la phase précédente du PERC mettait l’accent sur les aspects géoscientifiques de la roche hôte. Cependant, les évaluations préliminaires de la sûreté à long terme réalisées par la Société de gestion des déchets nucléaires (SGDN) ont montré que les scellants de bentonite utilisés pour sceller les galeries et les puits du dépôt jouent également un rôle important en minimisant les voies préférentielles pour le transport de contaminants. Par conséquent, la phase actuelle du PERC est prolongée pour permettre l’examen de l’efficacité à long terme de ces barrières artificielles. La CCSN collabore avec l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) de la France dans le cadre du projet SEALEX, qui comporte une série d’essais in situ sur l’efficacité à long terme des matériaux de scellement réalisés dans le laboratoire de recherche sous-terrain de Tournemire de l’IRSN. Le projet SEALEX procure à la CCSN une foule de données expérimentales qui lui permettent de développer des modèles mathématiques sur l’efficacité à long terme de ces matériaux de scellement.

Les roches sédimentaires canadiennes se distinguent par l’existence d’eau hypersaline à des profondeurs de plus de 500 m [1] du dépôt prévu. L’évidence expérimentale montre que la salinité joue un rôle important sur les caractéristiques hydrauliques, chimiques et mécaniques des scellants de bentonite. Cependant, les expériences menées jusqu’à présent ont été réalisées à des concentrations de salinité de beaucoup inférieures aux concentrations d’eau hypersaline de 200 à 300 g/l observables au Canada. En ce qui concerne les dépôts proposés dans les roches sédimentaires canadiennes, il est donc fortement nécessaire de comprendre l’interaction entre l’eau hypersaline et les scellements de bentonite, afin d’évaluer leur efficacité à long terme comme barrière à l’écoulement d’eau et de gaz.

3. Références

[1] NWMO, 2011. OPG’s Deep Geologic Repository for Low and Intermediate Level Waste: Geosynthesis. Report NWMO DGR-TR-2011-11 (http://www.nwmo.ca/dgrsubmission)
[2] Barnichon J.D. and Deleruyelle F. Sealing experiments at the Tournemire URL: the SEALEX Project. Eurosafe 2009
[3] Barnichon J.D., Dick P. and Bauer C. (2011) The SEALEX in situ experiments: Performance tests of repository seals. In: Harmonising Rock Engineering and the Environment – Qian & Zhou (eds) © 2012 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0- l415-80444-8, pp. 1391-1394
[4]DECOVALEX 2015- description of task A: http://www.decovalex.org/task-a.html
[5]Wang, Q., Tang, A.M., Cui, Y., Delage, P., Barnichon, J.D., Ye, W.M (2013). The effects of technological voids on the hydro-mechanical behaviour of compacted bentonite-sand mixture. Soils and foundations 53, 2 (2013) 232-245

4. Étendue des travaux
Effectuer des essais en laboratoire afin de déterminer les caractéristiques hydromécaniques d’un mélange 70/30 de bentonite et de sable et de simuler son évolution à long terme, où l’eau hypersaline constitue l’eau interstitielle. Les tests en laboratoire devront se dérouler sur une période d’au moins deux ans.

5. Tâches à effectuer
5.1 Concevoir et produire une eau modèle représentant l’eau interstitielle qui se trouve dans le calcaire de Cobourg du bassin du Michigan, à des profondeurs d’environ 700 m.
5.2 Préparer de la bentonite MX-80 à une densité sèche de 1,61 et 1,41 mg/m3. Préparer un mélange de sable et de bentonite MX-80 semblable à ce qui est utilisé dans le projet SEALEX [2, 3] à des densités sèches de 1,65, 1,8 et 1,95 mg/m3.
5.3 À l’aide d’un oedomètre et d’un processus d’hydratation, réaliser des essais sur la bentonite MX-80 et le mélange de sable et de bentonite MX-80 en se servant de l’eau modèle pour déterminer la rétention d’eau, la pression de gonflement et d’autres propriétés caractéristiques (p. ex. la caractéristique du gonflement).
5.4 Réaliser une étude parallèle des propriétés des microstructures pour observer les changements au fil du temps.
5.5 Effectuer des essais sur maquette présentant un vide technologique semblable à celui qui est décrit dans [4, 5]. Le mélange de bentonite et de sable à une densité sèche initiale de 1,95 mg/m3 sera utilisé pour ces essais. Au lieu d’utiliser des cellules d’acier, l’entrepreneur devrait songer à se servir d’échantillons de calcaire de Cobourg cylindriques creux comme cuves de confinement. Lors des essais, introduire du gaz ou du liquide dans l’un des échantillons, une fois que le vide technologique a été comblé et qu’une pression de gonflement stable a été atteinte.
5.6 Réaliser des essais chimiques sur les eaux interstitielles au fil du temps et mesurer la capacité d’échange cationique après les essais.