[Modèle d'Evaluation à LOng terme des Déchets Irradiants Enterrés]
L’IRSN a créé le logiciel MELODIE, et continue à le développer, afin de disposer d’un outil pour évaluer la sûreté à long terme d’un stockage de déchets radioactifs. Ce logiciel permet une modélisation globale d’un site de stockage en tenant compte des principaux phénomènes physico-chimiques. Ces derniers sont représentés sous une forme simplifiée, c'est-à-dire adaptée aux grandes échelles de temps et d’espace des simulations.
Le code de calcul modélise en 3 dimensions - ou en 2 dimensions sur des coupes verticales - l’écoulement de l’eau et les phénomènes de transport des polluants dans les milieux poreux ; les interactions physico-chimiques y sont représentées par un coefficient de retard ajouté aux équations utilisées pour le calcul. Ces équations sont discrétisées par une méthode appelée FVFE « Finite Volume Finite Element » qui consiste à utiliser un développement de Galerkine des inconnues pour les termes temporels et diffusifs, ainsi qu’une méthode de volumes finis via le schéma de Godunov pour le terme convectif. La méthode FVFE permet de transformer l'équation aux dérivées partielles en un nombre fini d'équations algébriques qui correspond au nombre de nœuds du maillage utilisé pour modéliser le site à étudier. Elle permet aussi d’assurer une stabilité du schéma numérique. La méthode du type gradient conjugué est utilisée pour la résolution du système d’équations.
Mécanismes modélisés
Les évaluations de sûreté relatives aux installations de stockage de déchets radioactifs en couche géologique profonde nécessitent de comprendre et de modéliser, d’une part, les systèmes hydrogéologiques qui gouvernent les écoulements souterrains et, d’autre part, les mécanismes de transfert des radionucléides à travers la roche hôte, les différents matériaux de remplissage et les barrières ouvragées d’une installation de stockage. Les modèles d’écoulements souterrains constituent la base des calculs des transferts des radionucléides depuis les installations de stockage jusqu’aux exutoires des systèmes hydrogéologiques. Ces calculs de migration des radionucléides dans la géosphère prennent en compte les phénomènes de convection, de dispersion, de diffusion, la solubilité des matrices d’enrobage et des radionucléides, la capacité de rétention des formations géologiques (retard), la décroissance radioactive et la filiation.
Outils de représentation graphique
Le logiciel MELODIE comporte des outils graphiques de pré- et de post-traitement pour une utilisation conviviale et performante. L’utilisateur peut définir de façon interactive le modèle du site à étudier en utilisant un outil de réalisation de maillage interne ou externe. Il dispose d’un choix important de représentations graphiques pour la présentation et l’analyse des résultats. Les résultats des simulations peuvent également être analysés avec des produits graphiques de visualisation en accès libre.
Melo et Melomail
Le logiciel MELODIE est composé de plusieurs codes de calcul dont Melo et Melomail. L’utilitaire Melo résout les équations d’écoulement de l’eau en régime permanent ou transitoire et de transport de radionucléides en 2D et 3D. L’utilitaire Melomail a été développé pour réaliser le maillage et aider à la création du fichier contenant les données nécessaires aux calculs de Melo.
Quelques exemples de modélisations
> Le projet NF-Pro
Dans le cadre du projet NF-Pro (projet du 6ème PCRD) portant sur la compréhension et la modélisation des paramètres physico-chimiques dans un stockage géologique, des calculs de transport de différents radioéléments ont été effectués sur un modèle constitué de différents maillages couplés entre eux. Ceux-ci permettent de simuler le comportement d’un stockage, du champ proche -avec la caractérisation des barrières ouvragées et la cinétique de dégradation des colis- jusqu’au champ lointain -avec les caractéristiques de la roche hôte. La méthode employée utilise le progiciel PVM pour transférer les conditions aux limites entre les différents maillages. Les résultats présentés simulent en 3D le relâchement et la migration d’activité hors des alvéoles de stockage vers les galeries d’accès et la formation géologique (pour 6 alvéoles témoins).
> COUPLEX
L’exemple ci-contre est issu de l’exercice international COUPLEX (exercice de qualification de codes proposé par l’ANDRA en partenariat avec le GdR MOMAS). Diverses méthodes de discrétisation disponibles dans MELODIE ont été testées au regard de leur aptitude à simuler, de manière aussi fiable que possible, les transferts dans un milieu très hétérogènes, en alternant des régions de transport à dominante diffusive et convective. De ce test ont été déduites des recommandations d’utilisation de MELODIE pour des modèles présentant des paramètres pouvant varier de plus de 6 ordres de grandeur.
> Relâchement et migration
Ce dernier exemple illustre le relâchement et la migration de radionucléides dans un milieu géologique constitué d’une alternance de couches plus ou moins imperméables. On observe que le panache d’activité évolue progressivement de la zone d’injection par diffusion et convection vers une zone d’exutoires.