Stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde

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Le stockage en couche géologique profonde, couramment appelé enfouissement, est un mode de gestion des déchets radioactifs envisagé, en complément du stockage de surface[1] dans plusieurs pays, en particulier pour les déchets de haute et moyenne activité à vie longue. Il consiste à conditionner ces déchets puis à les placer dans une formation géologique stable en interposant des barrières naturelles et artificielles entre les déchets et l'environnement. Ce mode de gestion repose sur l'hypothèse que la rétention des déchets peut atteindre une durée suffisante pour assurer leur décroissance radioactive.

Schéma illustrant le principe de stockage du projet Yucca Mountain
Techniciens déposant des déchets contenant des transuraniens dans une unité pilote près de Carlsbad au Nouveau-Mexique

Contexte[modifier | modifier le code]

Évolution dans le temps de la radiotoxicité d'un combustible usagé : après mille ans les produits de fission cessent d'être significativement radiotoxiques ; après un million d'années le combustible est moins radiotoxique que le minerai d'uranium initial.

Des déchets radioactifs ont été et sont actuellement produits dans différents pays. La gestion de ces différents types de déchets repose sur leurs caractéristiques propres : niveau d'activité et période de décroissance. L'objectif visé est d'isoler les déchets de la biosphère jusqu'à ce que la radioactivité résiduelle soit inoffensive. Des modes de gestion différenciés (stockage en subsurface, entreposage, stockage profond, etc) sont utilisés ou envisagés selon les différents types de déchets.

Les déchets de haute activité et à vie longue (HAVL) et de moyenne activité et à vie longue (MAVL) émettent pendant des durées pluriséculaires ou plurimillénaires des rayonnements ionisants.

Globalement (tout type de stockage confondu), un site de stockage ne retrouve le niveau de radioactivité moyenne de la croûte terrestre qu’au bout d’un million d’années : au-delà du million d’années, il n’est pas possible d’être affirmatif en ce qui concerne le devenir géologique du site (mouvements géologiques à l’échelle de la plaque continentale) mais ceci ne devrait pas poser de problème puisque le site ne sera plus radioactif[2]. Par ailleurs, un colis type sera fiable sur environ 10 000 ans ; il faut donc se préoccuper des temps compris entre 104 et 106 ans[2].

Le mode de gestion de ces déchets doit donc permettre de les isoler de la biosphère pendant la durée nécessaire à leur décroissance.

Concept de stockage géologique[modifier | modifier le code]

L'un des modes de gestion proposé (voire retenu) dans certains pays est le stockage en couche géologique profonde.

Le stockage géologique est conçu pour retarder le relâchement et la migration des radioéléments sur une échelle de temps compatible avec leur période de décroissance. Il repose sur une conception multi-barrières dont le niveau le plus élevé est la formation géologique en elle-même. Les autres barrières mises en place sont le colis de déchets en lui-même, le colis de stockage ainsi que d'éventuels dispositifs de confinement telle une barrière ouvragée en bentonite. À ce titre, l'archéologie, et en particulier l'archéométallurgie, sont des sources d'information précieuses pour connaître le vieillissement des matériaux sur plusieurs siècles ou millénaires.

Différentes formations-hôtes sont actuellement étudiées ou utilisées dans le monde : tuf volcanique, granite, sel, argile, etc. Le comportement de ces différents matériaux vis-à-vis des contraintes du stockage (température et présence d'eau particulièrement) détermine la nature des barrières mises en place.

Phénoménologie d'un stockage[modifier | modifier le code]

Modèle informatique du comportement du stockage Yucca Mountain

L'eau est a priori le principal facteur d'altération/corrosion des colis de déchets radioactifs d'une part, et le principal vecteur des éléments radioactifs éventuellement relâchés dans la barrière géologique d'autre part. La modélisation des déplacements de l'eau dans le sous-sol est un problème complexe. Elle fait appel à la loi de Darcy relative aux écoulements d'eau dans les milieux plus ou moins poreux. Dans ce type d'écoulement, c'est un différentiel de pression qui entraîne le déplacement de l'eau, celle-ci entraînant, en tout ou en partie, certains éléments avec elle.

Cependant, même là où l'eau ne peut se déplacer, sous forme ionique notamment, des éléments peuvent facilement migrer si un différentiel de concentration ou pression (sous l'effet de la température par exemple) est établi, ou dans le cadre de phénomènes de microcapillarité ou nanocapillarité (on parle alors de diffusion moléculaire). Ce dernier phénomène sera par exemple largement prédominant dans le cas d'un stockage géologique dans de l'argile. Les équations de diffusion telles que celles établies par Fick devront aussi tenir compte d'autres phénomènes dont l'exclusion anionique qui peut fortement modifier les transferts d'anions en milieu poreux (en accélérant les flux d'anions dans certains systèmes microporeux et en leur interdisant l'accès à des pores où ils pourraient autrement se fixer dans le cadre de phénomènes de rétention chimique)[3]. Il est attribué à une répulsion électrostatique induite par la charge négative des surfaces solides ; Elle est aussi décrite par une théorie dite « diffusive double-layer theory ». Les modèles de diffusion dans les argiles profonde doivent aussi intégrer les processus de réactivité chimique des argiles[4].

Les considérations précédentes partent incidemment du principe que tous les atomes radioactifs stockés sont sous forme de composés solubles dans l'eau. Cependant le réacteur naturel d'Oklo (Afrique) qui a fonctionné des centaines de milliers d'années durant il y a près de deux milliards d'années, montre que le plutonium n'a migré que sur quelques décimètres avant de s'être complètement transmuté en uranium, ce qui a dû prendre quelque 100 000 ans environ. L'étude des minéraux naturels montre par ailleurs que des cristaux comme le zircon traversent des ères géologiques entières, et des cycles orogéniques de durée comparable, en restant inaltérés. Or, ils peuvent contenir de l'uranium, partiellement transformé en plomb. Le césium, dont on pensait qu'il pouvait migrer facilement, est immobilisé dans des minéraux tels que la rhodizite. Il est ainsi clair que la chimie géologique apporte des garanties de confinement pour des durées de l'ordre du milliard d'année, sachant que seulement quelques milliers d'années suffisent pour traiter les déchets ultimes artificiels.

Sûreté du stockage géologique[modifier | modifier le code]

Barrières naturelles du stockage
Barrières artificielles du stockage

Un site de stockage de déchets radioactifs peut entraîner plusieurs types de risques, nécessitant des réponses de nature variées[2]:

  • Des individus peuvent s'introduire sur le site. Ils peuvent être mis en danger et provoquer des dégâts.
  • Des terroristes (terme générique) peuvent tenter de voler des colis de déchets, dans le but d’en disséminer la radioactivité.
  • Les colis de déchets se dégradent avec le temps, conduisant à une dissémination de la radioactivité dans la géosphère.
  • Des modifications géologiques à long terme peuvent perturber le site et en mobiliser le contenu.

Les calculs de sûreté d'un stockage font appel à des notions probabilistes. Comme pour tout risque, deux paramètres sont déterminés pour évaluer les conséquences probables d'un événement (intrusion humaine, venue d'eau plus importante que prévue, séisme, glaciation, etc.) :

  • la probabilité d'occurrence de l'événement en question ;
  • la gravité des conséquences de l'occurrence d'un tel événement.

Là encore, l'étude de l'activité sur plusieurs siècles voire millénaire (archéosismologie) est importante.

Le dimensionnement du stockage répond alors à la contrainte d'un impact sur la biosphère inférieur aux normes en vigueur.

L'hydrométrie des galeries conditionne l'oxydation des matériaux, ce qui influe sur la production de gaz (hydrogène, méthane ...)

Perspectives à court, moyen et long termes[modifier | modifier le code]

Le concept de stockage géologique en couche profonde est présenté comme étant un mode de gestion ne contraignant pas les générations futures sur la base des déchets actuellement produits. Selon les pays, les stockages projetés ou en exploitation sont réversibles ou irréversibles.

À plus long terme, le stockage géologique se veut aussi, selon ses promoteurs, une réponse à une éventuelle dégradation de la société : le stockage est destiné à être sûr même en cas d'oubli du site et d'arrêt de la surveillance. C'est un concept passif dont la sûreté ne dépend pas de l'action des générations futures.

Pour ses opposants (notamment les organisations écologiques à l'échelle européenne), l'exemple de la mine d'Asse qui a été sujet à des infiltrations entraînant une contamination nucléaire du milieu environnant[5] prouve que le stockage des déchets par enfouissement est une fausse solution.

Stockages géologiques profonds dans le monde[modifier | modifier le code]

Allemagne[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Gorleben et Mine d'Asse.

La mine d'Asse a été utilisée au cours des années 1970 pour le stockage de déchets faiblement et moyennement radioactifs, puis en tant que laboratoire de recherche souterrain. Depuis 1995, le site est en cours de démantèlement. Elle accueille aujourd'hui des déchets nucléaires. L'eau pénètre dans une mine de sel, si la barrière de sel que l'on laisse en place tout autour de la mine est endommagée – soit parce que cette barrière a été perforée accidentellement, soit parce que la déformation de l'architecture en sel y provoque des déchirures. La mine d'Asse est spécialement menacée par l'eau parce que la barrière de sel n'est parfois que de quelques mètres.

Le site de Gorleben a été initialement choisi comme centre de stockage géologique pour les déchets de haute activité et de moyenne activité à vie longue. Des installations ont été construites. Le projet est cependant contesté et est bloqué par un moratoire.

Belgique[modifier | modifier le code]

En Belgique, depuis 1974, on étudie le stockage de déchets radioactifs dans une couche d'argile de Boom dans le laboratoire HADES du SCK•CEN à Mol. Ce laboratoire est situé 224 mètres sous terre[6].

États-Unis[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Yucca Mountain et Waste Isolation Pilot Plant.

Après 20 ans d'études, le Waste Isolation Pilot Plant accueille des déchets transuraniens depuis 1999.

Le site de Yucca Mountain est étudié depuis 1978 et est proposé comme site de stockage pour les déchets de la production électronucléaire. Le planning prévisionnel du Département de l'Énergie des États-Unis prévoyait une mise en service en 2017[7], mais il a été abandonné après les élections de 2008.

France[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Cigéo, Loi Bataille et Laboratoire de Bure.

En France, après 15 ans de recherche organisée en 1991 par la loi Bataille, la solution de référence pour la gestion des déchets radioactifs de haute activité et de moyenne activité à vie longue est le stockage géologique profond. Cette solution reste débattue du point de vue technique (sûreté du concept par rapport à un entreposage notamment) et politique (processus décisionnel, choix du site pour l'éventuel centre de stockage). Les études sont menées par l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs qui exploite le laboratoire de recherche souterrain de Bure. La loi du 28 juin 2006 prévoit que le projet Cigéo soit soumis au Parlement en 2015 et, sous réserve de son acceptation, l'ouverture du centre de stockage interviendrait en 2025. Néanmoins, suite au débat public de 2013, le calendrier pourrait être repoussé d'au moins deux ans, toujours avec la réserve de son acceptation.

Japon[modifier | modifier le code]

Aujourd'hui JAEA construit deux laboratoires souterrains [8]:

  • l'un à Mizunami (Île de Honshū), dans une formation cristalline à 1000 m,
  • l'autre à Horonobe (Île de Hokkaido), en milieu sédimentaire argileux à 500 m.

Le fonçage des puits a commencé en 2004 à Mizunami et en 2005 à Honorobe.

Critiques[modifier | modifier le code]

Selon Claude Allègre, ancien Ministre et Président du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) : « On a raison de se mobiliser contre les méthodes de stockage ; géologiquement parlant, le sous-sol est le plus mauvais endroit pour stocker les déchets à cause de l'eau qui y circule et pénètre partout. »[9] Selon d'autres[Qui ?], si le site est correctement choisi, l'eau qui imbibe le sous-sol ne "circule" qu'à des vitesses très faibles ; le temps pour l'eau d'atteindre un exutoire, soit quelques milliers d'années, les principaux ions radioactifs solubles ont disparu du fait de la décroissance radioactive[réf. souhaitée].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Objectifs et missions du laboratoire d'études des stockages de surface (LESTS)
  2. a, b et c Le cycle électronucléaire : de la fission aux nouvelles filières École Internationale Joliot Curie 2006 (Liste des cours)
  3. Bresler, Eshel, Anion exclusion and coupling effects in nonsteady transport through unsaturated soils. I. Theory ; Soil Science Society of America Proceedings (1973), 37(5), 663-9 CODEN: SSSAA8; ISSN: 0038-0776. English.
  4. Thèse de Bazer-Bachi, Frédéric ; Étude de l'influence de la rétention chimique sur la diffusion d'espèces anioniques dans les milieux argileux compacts (Effect of chemical retention on anionic species diffusion in compacted clays), 2005-12-09, INPL - Institut National Polytechnique de Lorraine
  5. voir l'article Wikipédia Asse (Allemagne)
  6. http://www.sckcen.be/fr/content/download/5011/61331/file/4_Installations_Enfouissement_de_dechets.pdf
  7. OCRWM - About the Project
  8. http://www.andra.fr/pages/fr/menu1/international/au-dela-de-nos-frontieres--quelle-gestion-pour-les-dechets-radioactifs-r/japon-6661.html
  9. (fr) Séance de questions-réponses le 6 février 2001 au Sénat français

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Article connexe[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Généraux[modifier | modifier le code]

France[modifier | modifier le code]

États-Unis[modifier | modifier le code]

Royaume-Uni[modifier | modifier le code]