Etudes de comportements

Le confinement à long terme des atomes radioactifs contenus dans les colis est essentiellement assuré par la résistance des matrices à leurs deux principaux ennemis : l’eau et l’irradiation des rayonnements produits en leur sein. Les recherches ont permis d'établir des modèles de relâchement des radioéléments pour chaque matrice de confinement dans des situations variées.

Ces modèles ne prétendent pas prévoir le comportement exact des colis sur des durées extrêmement longues, pouvant atteindre le million d’années, car cela conduit à faire des extrapolations sans commune mesure avec celles accessibles par l’expérience. Ne pouvant pas reproduire toute la complexité des phénomènes mis en jeu, ils limitent leur ambition à fournir une estimation du risque maximal, estimations qui n'apparaissent pas déraisonnables en l'état des connaissances. Ainsi, ils majorent les quantités de radioéléments relâchées ou minorent les durées de vie des confinement.

Ces estimations dépendent des conditions dans lesquelles l'altération a lieu, en particulier pour la matrice verre. Le cas extrême est celui qui peut survenir en fin de stockage après dégradation des différentes barrières de confinement, quand le conteneur a perdu toutes ses capacités de confinement et que le colis est mis en contact avec l’eau et par son intermédiaire avec le milieu environnant.

Pour les déchets vitrifiés, le dégagement de chaleur et l’auto-irradiation n’induisent pas sur le long terme de relâchements notables de radioéléments tant que les conditions de stockage ne sont pas dégradées, ou en l’absence d’eau quand elles sont dégradées. Les principaux phénomènes qui peuvent affecter de façon significative le comportement à long terme se rencontrent uniquement en système ouvert saturé en eau.

Les recherches menées sur des verres naturels analogues des verres nucléaires contribuent à valider les modèles d’évolution à long terme. Le scientifique connaît alors le résultat de l’évolution du matériau sur de très longues périodes (quelques milliers d’années à quelques millions d’années). Il peut ainsi vérifier si ses modèles concordent avec cette évolution et avec les connaissances acquises au laboratoire.

En présence d’eau, le verre s’altère mais cette altération conduit à la formation d’une fine couche de matériau amorphe : un gel. Ce phénomène est systématiquement observé avec les verres nucléaires. Majoritairement composé de silice, le gel forme une barrière entre le verre sain et la solution, ralentissant ainsi fortement la poursuite de l’altération.

L’évolution du gel a été étudiée au laboratoire. On a pu démontrer que dans les conditions confinées d’un stockage, il est possible non seulement de garantir la pérennité du gel mais aussi de prédire le renforcement de son pouvoir protecteur au cours du temps. Pour le verre borosilicaté R7T7, il faudrait 1000 ans pour altérer le verre sur une épaisseur d’un micron .

Le comportement à long terme des verres nucléaires, qui constituent la matrice éprouvée des colis des déchets de haute activité, a fait l'objet de nombreux travaux depuis 40 ans. Au total, la modélisation du relâchement des radioéléments des colis de déchets industriels a beaucoup progressé mais repose sur des modèles dont les paramètres doivent cependant encore être affinés.

Sujets voisins :Conteneurage, matrices céramiques