Géochimie L'Eawag se penche sur les déchets nucléaires

L'Eawag s'est associée à la Nagra et à l'Université de Berne pour étudier la dynamique des gaz dans une simulation de stockage d'éléments combustibles nucléaires usés. Les résultats livrent une bonne surprise avec une moindre corrosion potentielle des conteneurs.

Depuis 2015, la Société coopérative nationale pour le stockage des déchets radioactifs (Nagra) mène au laboratoire souterrain du Mont Terri à Saint-Ursanne (JU) un projet visant à déterminer les effets de la chaleur dégagée par la désintégration d'éléments combustibles usés dans un dépôt en couches géologiques profondes.

La Nagra a installé trois conteneurs de stockage final dans une galerie et les a munis de corps de chauffe pour simuler le dégagement de chaleur. Le tunnel a ensuite été rempli de bentonite granulaire (une argile) en veillant à n'y laisser aucun espace vide, puis hermétiquement clos avec un bouchon de béton de cinq mètres d'épaisseur.

Les scientifiques entendent observer pendant plus de 10 ans comment se comportent la roche alentour (argile à Opalinus) et le matériau de remplissage.

Dynamique des gaz

En août 2016, l'Université de Berne et l'Institut de recherche sur l'eau Eawag ont rejoint le projet. Leur propos était de savoir comment l'air résiduaire emprisonné entre les granulés de bentonite se comporte si de l'eau s'infiltre lentement dans le tunnel au cours des décennies, voire des siècles à venir.

«Nous venions de développer à l'Eawag un spectromètre de masse portatif qui permettait de mesurer différents gaz à n'importe quel endroit», explique Rolf Kipfer, chef du groupe Isotopes environnementaux à l'Eawag, cité jeudi dans un communiqué de l'institut.

Grâce à cet appareil, il devenait possible d'effectuer sur place des analyses rapides de gaz qui demandaient autrefois des mois de travail de laboratoire. Yama Tomonaga, spécialiste de la dynamique des gaz rares dans les sédiments à l'Eawag, en a installé un au Mont Terri et enregistré en continu les concentrations de neuf gaz différents ces deux dernières années.

Echanges gazeux

Les résultats, publiés dans la revue Applied Geochmistry, ont en partie étonné les scientifiques: comme ils s'y attendaient, les analyses attestent de l'existence d'échanges gazeux entre les granulés compacts de bentonite et l'eau interstitielle de l'argile à Opalinus.

Toutefois, ces échanges se produisent de manière beaucoup plus rapide que prévu. L'eau interstitielle joue en effet à la fois un rôle de puits (pour l'oxygène par exemple) et de source pour les gaz (pour l'hélium, l'argon, le méthane et le dioxyde de carbone par exemple).

Les scientifiques ont également étudié les concentrations de gaz potentiellement inflammables dans le tunnel. Verdict: l'accumulation d'hydrogène et de méthane est si faible qu'elle ne présente aucun risque actuellement.

Une bonne nouvelle

Les modélisations effectuées au préalable laissaient supposer qu'il faudrait au moins plusieurs décennies pour que l'oxygène contenu dans le tunnel soit complètement épuisé. L'oxygène est notamment dégradé par réaction avec la pyrite contenue dans la bentonite et l'argile à Opalinus ou par l'action de bactéries.

Or dans le tunnel expérimental, l'oxygène avait presque totalement disparu au bout de quelques mois à peine. Parallèlement, les concentrations d'azote, d'argon et de crypton avaient augmenté.

Du point de vue de la sécurité du stockage en couches géologiques profondes, cette consommation rapide d'oxygène est une bonne nouvelle: en son absence, la corrosion des conteneurs de déchets radioactifs est beaucoup plus lente.

Question de matériau

Après des recherches complémentaires en laboratoire, les scientifiques estiment que la disparition rapide de l'oxygène est notamment due au matériau choisi pour le remplissage du tunnel. La bentonite se comporte apparemment comme du charbon actif et fixe les gaz.

Ce processus, comme beaucoup d'autres, sera étudié plus en détail. Dès l'été 2019, l'Eawag deviendra, comme l'Institut Paul Scherrer et l'EPF de Zurich, partenaire à part entière du projet du Mont Terri. Ce statut facilitera l'accès des chercheurs au laboratoire souterrain.