Modéliser le comportement des roches qui vont accueillir les déchets nucléaires
19/02/16

Le nucléaire inquiète et le stockage des déchets radioactifs soulève de nombreuses questions. Depuis plusieurs décennies, de nombreux pays ont donc entrepris de construire des laboratoires souterrains qui permettent de tester des hypothèses à petite échelle. Ainsi, en Belgique, la décision de creuser le laboratoire HADES dans la couche d’argile située sous le Centre d’Etude de l’Energie nucléaire à Mol a été prise en 1974, avec un 1er creusement dans les années 1980. Les différentes études menées depuis trois décennies ont permis de faire évoluer les concepts. C’est notamment le cas en ce qui concerne le comportement des roches qui vont accueillir ces déchets. Cela est dû, notamment, au développement des outils de calculs qui permettent aujourd’hui de modéliser ces comportements de manière fine, en prenant en compte les situations les plus complexes et surtout sur le long terme, sur plusieurs dizaines de milliers d’années.

Le Laboratoire de géomécanique et géologie de l’ingénieur (département ArGEnCo de la faculté des sciences appliquées de l’Université de Liège) est une des rares équipes d’Europe qui travaillent sur ce domaine numérique. Trois thèses de doctorat viennent d’y être soutenues, qui démontrent la compétence de ce laboratoire en la matière. Grâce à elles, de grands pas ont été accomplis dans la modélisation des zones de fracture qui apparaissent lors du creusement, du comportement de la roche sous l’effet de la ventilation, du comportement des bétons de soutènement ou encore des bouchons destinés à fermer les galeries et combler les vides technologiques.

Le Laboratoire de géomécanique et géologie de l’ingénieur (département ArGEnCo de la faculté des sciences appliquées de l’Université de Liège) étudie le comportement des sols et des roches sous diverses sollicitations (creusement de galeries ou fondations par exemple). Avec une expertise reconnue internationalement : le développement et l’utilisation d’un code de calcul par éléments finis qui permet la  modélisation numérique de phénomènes complexes. Parmi les domaines étudiés, depuis une trentaine d’années déjà, l’enfouissement des déchets nucléaires de longue durée de vie et de forte toxicité pour lesquels plusieurs pays testent des solutions de stockage dans des galeries creusées dans des couches géologiques profondes. En Belgique, ce stockage est étudié dans le laboratoire souterrain HADES situé 225 mètres sous le Centre d’Etude de l’Energie Nucléaire (CEN) de Mol. Des recherches qui se poursuivent bien entendu en étroite collaboration avec les universités belges qui ont développé des compétences dans le domaine. Dont l’ULg où trois thèses de doctorat viennent d’être défendues fin 2015 et début d’année 2016. « Nous étudions le comportement de la roche hôte et des matériaux qu’on peut mettre autour –soutènement, bouchons- pour avoir un stockage efficace », résume le Professeur Robert Charlier, co-directeur du Laboratoire de géomécanique et géologie de l’ingénieur et promoteur de ces thèses avec Frédéric Collin.

Nuclear Waste Greenpeace

La roche hôte dont il est question est une roche argileuse, type de roche choisi par des pays comme la Belgique, la France et la Suisse par exemple, alors que d’autres, les pays scandinaves notamment, préféraient le granit. En matière de stockage de déchets nucléaires de longue durée de vie et fortement radioactifs prévaut en effet la loi du « chacun chez soi ». D’où la multiplication de sites-tests, chacun ayant des spécificités dont il faut évidemment tenir compte, mais qui n’empêchent pas les collaborations internationales. C’est dans ce cadre que se situent les trois thèses liégeoises, l’une d’entre elles se référant au site belge de Mol et les deux autres au site français que l’ANDRA (Agence nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs) expérimente à Bure (Haute-Marne).

La fracturation des roches

Dans la première thèse(1) défendue récemment, Benoît Pardoen s’est intéressé à la roche argileuse qui accueille le laboratoire souterrain de l’ANDRA  sur le site de Bure et plus particulièrement aux phénomènes qui se produisent lors du creusement de cette argile, puis lors des phases d’exploitation et de maintenance. Il faut en effet ventiler ces galeries, ce qui sèche la roche et donc modifie son état ; quant aux déchets, ils dégagent de la chaleur, un autre élément à prendre en compte dans les simulations à long terme.
Une première partie de la thèse avait donc trait aux phénomènes qui apparaissent lors du creusement de la roche. « L’argile, notamment celle de Bure, explique Benoît Pardoen, est un matériau anisotrope ; les caractéristiques des phénomènes qui apparaissent vont donc être différentes selon la direction dans laquelle on creuse. C’était une première étape dans ma recherche. »

(1) Hydro-mechanical analysis of the fracturing induced by the excavation of nuclear waste repository galleries using shear banding, Pardoen Benoît, Université de Liège, 2015, thèse de doctorat.

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