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Evaluer les perturbations dues aux infrastructures

L’impact potentiel des bactéries


La présence de micro-organismes a récemment été mise en évidence dans les environnements profonds [1], notamment à Tournemire [2], démontrant que l’introduction de nouvelles espèces pendant la phase d’exploitation du stockage, ainsi que leur survie dans un environnement peu perméable ne peuvent être exclues.

Que sait-on de ces bactéries et de leurs impacts potentiels ? Elles peuvent modifier, de façon directe ou indirecte, les caractéristiques chimiques de l’eau porale (composition chimique, pH, Eh [3]). Les bactéries sulfato-réductrices [4] sont capables par acidification locale du milieu d’augmenter de façon importante les vitesses de corrosion des matériaux métalliques, tandis que les bactéries ferri-réductrices [5] sont capables d’altérer les produits de corrosion formant la couche protectrice de ces matériaux, engendrant une reprise de corrosion.


L’hydrogène, source d’énergie ?

Les environnements représentatifs d’un contexte de stockage géologique profond sont généralement pauvres en nutriments nécessaires à la croissance bactérienne et ils contiennent peu de matière organique biodégradable. Cependant, la radiolyse de l’eau porale [6] et la corrosion anaérobie [7] des matériaux métalliques entraînent la production d’hydrogène, susceptible d’être utilisé comme source d’énergie par les bactéries et donc de favoriser leur développement. L’IRSN étudie ces différents phénomènes à travers deux projets (BioCorrosion et BioFilm).


Quels mécanismes réactionnels ?

Le projet BioCorrosion est mené en laboratoire, depuis octobre 2010 [8], en conditions proches (conditions réductrices avec une température de 60°C) de celles d’un stockage durant le transitoire thermique, cette phase pendant laquelle les déchets radioactifs exothermiques (notamment de haute activité [9]) vont échauffer la roche avant que la température ne revienne à son état initial.

Les chercheurs étudient, d’une part, le comportement de deux souches bactériennes (sulfato-réductrice et ferri-réductrice) dans une cellule de percolation [10] mettant en jeu du fer sous forme de poudre, de composition représentative de la nature des matériaux métalliques, et de l’argilite provenant du site expérimental de Tournemire [11]. L’étude menée pendant un an, avec et sans bactéries, devrait permettre de comprendre la nature des mécanismes réactionnels par type de bactérie [12] et leur influence sur les paramètres de transport de radionucléides.

D’autre part, l’impact sur les cinétiques de croissance bactérienne de l’hydrogène et de la matière organique présente dans l’argilite de Tournemire (préalablement caractérisée) est évalué via des expérimentations en réacteurs fermés [13].

Le projet BioFilm [14] vise à déterminer l’influence de biofilms (films créés par certaines bactéries) et les métabolismes microbiens sur la corrosion du fer en contact avec l’argilite dans des conditions représentatives d’un stockage.

Des cellules de percolation, constituées de coupons d’acier mis en contact avec de l’argilite de Tournemire, dans lesquelles circule une eau représentative de l’eau porale de Tournemire ont été mises en conditions avec ou sans oxygène à 25°C ou à 50°C. Afin d’observer l’impact des micro-organismes sur la corrosion du fer, la moitié des cellules de percolation est inoculée avec des bactéries (sulfato-réductrices, ferri-réductrices, dénitrifiantes et bactéries capables de créer des biofilms), l’autre moitié faisant office de blanc.

L’analyse des coupons après démantèlement des cellules (au bout de 1, 4 et 8 mois) permettra d’accéder à l’influence des conditions d’expérimentation et à la chronologie des mécanismes mis en jeu, ainsi qu’à l’influence des biofilms et du métabolisme des microorganismes sur la corrosion du fer.

Localisation des actions de recherche dans la Station expérimentale de Tournemire 

Figure : Localisation des actions de recherche


Notes :

1- Urios et al., 2012a.
2- Pour plus d'informations : Une station expérimentale à Tournemire.
3- Potentiel d’oxydo-réduction ou potentiel redox.
4- Capables de transformer (par une réaction d’oxydoréduction) les sulfates en sulfures.
5- Capables de transformer (par une réaction d'oxydoréduction) le fer ferrique (Fe) en fer ferreux (Fe2+).
6- Dissociation par décomposition chimique de l'eau (H2O) en hydrogène (H) et hydroxyde (OH), sous l'effet d'un rayonnement.
7- En l’absence d’oxygène.
8- Thèse de Camille Chautard : Bioréactivité fer-argile en condition de stockage.
9- Matières non recyclables, hautement radioactives, issues du traitement des combustibles usés des centrales nucléaires.
10- Dispositif expérimental permettant d’imposer, aux deux faces d’un échantillon, un différentiel de pression hydraulique induisant un écoulement de l’eau interstitielle.
11- Chautard et al., 2012.
12- Chautard et al., 2012.
13- Dispositif expérimental fermé (de type flacon), permettant d’étudier l’équilibre eau/roche sous des conditions chimiques et thermiques données.
14- Urios et al., 2012.

Collaborations scientifiques

CNRS/CEA (LAPPA) ; CNRS/ Mines ParisTech ; CNRS/ Université de Poitiers (IC2MP) ; CNRS/ Université Paris 6 (UPMC/ IMPMC); CNRS/ Université de Pau et des Pays de l’Adour ; Université d’Helsinki

Publications scientifiques
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Dispositif expérimental (cellule de percolation) utilisé pour caractériser la bioréactivité d’une interface fer/argilite