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Enhancing Nuclear Safety


Research

Authorization to Direct Research (HDR)

Apport des traceurs à la compréhension des processus de transport au sein de formations argileuses indurées

Sébastien Savoye has defended his HDR on 24th January 2008 in Orsay (France).




Jury

    Dr. Pierre de Cannière, SCK-CEN Mol, Reporter
    Pr. Roberto Gonfiantini, CNR Pisa, Examinator
    Pr. Ghislain de Marsily, Paris 6 University, Examinator
    Pr. Martin Mazurek, Berne University, Reporter
    Pr. Maurice Pagel, Paris 11 University, Examinator
    Pr. Pierre Toulhoat, Lyon 1 University, Reporter


Abstract
Mes travaux ont porté sur l’étude des processus de migration au sein des formations argileuses indurées et ce, dans le cadre des recherches réalisées sur la faisabilité d’un stockage des déchets radioactifs en milieu géologique profond. Afin d’appréhender les effets d’échelles, de la diffusion au travers d’un échantillon de taille centimétrique au laboratoire, jusqu’au transfert dans le massif argileux, je me suis appuyé sur deux outils complémentaires, les traceurs artificiels et les traceurs naturels.

Les investigations menées à l’aide des traceurs artificiels ont permis de lever plusieurs interrogations. Tout d’abord, les expériences de diffusion menées directement en forage sur le terrain ont conduit à des valeurs de coefficients de diffusion légèrement plus grandes que celles obtenues à partir d’expériences réalisées au laboratoire, suggérant un possible effet d’échelle, même faible, imputable à l’existence d’une zone perturbée autour du forage. En outre, il apparaît que l’influence de fractures de diverses origines (tectoniques, liée à la dé-saturation, artificiellement créée) sur la diffusion du tritium est faible, voire nulle, tandis que les zones situées à proximité des fractures d’origine tectonique voient leurs propriétés de confinement diminuées, ces zones ayant été probablement endommagées lors de la mise en place des dites fractures. Enfin, quant aux travaux qui ont trait au comportement des ions iodures vis-à-vis de l’argilite de Tournemire, ils ont principalement montré toute la difficulté de mettre en évidence leurs affinités pour le substrat, avec des niveaux si faibles, mais sachant que si affinité il y a, même infime, cela peut changer drastiquement les calculs de «performance assessement». Néanmoins, après moult améliorations, son affinité pour l’argilite de Tournemire a été démontrée à l’aide des expériences en milieu dispersé. En revanche, les résultats obtenus par diffusion radiale sont plus discutables, car même si rien ne semble l’indiquer, on ne peut exclure une contamination par l’oxygène de l’air, puisqu’aucune précaution n’avait été prise dans ce sens.

Concernant l’approche basée sur les traceurs naturels (les chlorures, les isotopes stables de l’eau), plusieurs avancées méthodologiques significatives ont été réalisées. En effet, du fait des propriétés extrêmes de ces matériaux argileux (faible teneur en eau, taille de pore nanométrique), il a été nécessaire en premier lieu d’évaluer les méthodes d’acquisition de ces teneurs en traceur et le cas échéant, d’en développer de nouvelles. Ainsi, nous avons montré que la méthode classiquement utilisée en science des sols -la distillation sous vide à basse température- n’était pas adaptée à ce matériau. En effet, comme la totalité de l’eau porale n’est pas extractible à la température de 50 °C, cela conduit à un appauvrissement systématique des teneurs en isotopes stables mesurées, et ce, par distillation incomplète. Par ailleurs, une technique, la diffusion radiale, initialement mise au point pour les argiles plastiques, a été adaptée aux argilites. Cette technique, contrairement à la distillation, est basée
sur le même processus qui prévaut à l’échelle du massif, c’est-à-dire la diffusion, ce qui permet de ne mobiliser que les traceurs réellement impliqués dans le transport. Elle permet ainsi la détermination conjointe des teneurs en isotopes stables de l’eau et en chlorure, ainsi que des paramètres de diffusion associés. Enfin, les premières reconstructions par modélisation de ces profils de traceurs naturels montrent que la diffusion serait le moteur principal du transport, et ce, en utilisant dans ces simulations comme paramètres de diffusion ceux déterminés à l’échelle du laboratoire. Ce dernier point rendrait compte, s’il est confirmé, d’un faible effet d’échelle.

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