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Evaluer les perturbations dues aux infrastructures

Les interactions entre le fer et la roche


L’IRSN a mis en place depuis 1999, en collaboration avec EDF, un dispositif d’essais permettant d’étudier l’impact d’un environnement argileux sur la corrosion des pièces métalliques, et inversement celui de la libération du fer sur les propriétés physico-chimiques des matériaux argileux.

Huit forages (verticaux et horizontaux) d’environ 10 mètres chacun ont été réalisés dans le tunnel centenaire de la station expérimentale de Tournemire [1]. En leur fond, les chercheurs ont inséré des disques d’acier carbone et d’inox de formulations comparables à celles susceptibles d’être utilisés pour les colis, le chemisage et le bouchon métallique des alvéoles des déchets de haute activité [2]. Puis, ils ont comblé ces forages avec de l’argilite remaniée (carottée, puis recompactée).


Quantifier l’étendue de la corrosion

Après 2 ans, 6 ans et 10 ans d’interaction entre la roche argileuse et les matériaux métalliques, un dispositif vertical et un dispositif horizontal ont été prélevés et l’étendue de la corrosion quantifiée.

Pour les aciers inox, la bonne tenue de ces matériaux à la corrosion a été confirmée. Concernant les aciers carbone, les résultats expérimentaux et les modélisations [3] ont révélé des vitesses de corrosion rapides, de l’ordre de 15 à 40 µm/an, pendant les 4 ou 5 premières années en raison de l’oxygène piégé lors de la mise en place de l’essai, puis beaucoup plus lentes, environ 2 à 3 µm/an après 6 ou 10 ans d’interaction. Cette zone de corrosion entraîne une ouverture de porosité dans l’acier pouvant atteindre 30% (alors qu’elle était nulle au départ).

Côté argilite, le fer relâché a diffusé sur une épaisseur pluri millimétrique, entraînant des perturbations chimiques assez bien connues par ailleurs : formations d’oxy-hydroxydes de fer et altération des feuillets de smectites dans les interstratifiés illite/smectite. Egalement, une dissolution totale des phases calciques (comme la calcite) a été observée, pouvant être expliquée par une acidification du milieu. Contrairement à l’acier, la porosité de l’argilite perturbée est partiellement colmatée (à hauteur de 20% contre 40% dans la zone saine d’argilite remaniée).

Ce travail a fait l’objet d’un post-doctorat [4], puis d’une thèse [5] qui s’est achevée en décembre 2012.


Notes :

1- Pour plus d'informations : Une station expérimentale à Tournemire.
2- Pour plus d'informations : Evaluer les perturbations dues aux infrastructures - Des matériaux exogènes introduits dans la roche.
3- Modèles de type chimie-transport, prenant en compte d’une part les réactions minéralogiques (dissolution/précipitations) et les processus de transport (diffusion, convection) des solutés.
4- Gaudin et al., 2009.
5- Thèse d'Anaïs Maillet : Interactions argilite de Tournemire / Fer Métal en contexte in situ : résultats à 10 ans.

Collaborations scientifiques

EDF ; CEA ; CNRS / Université de Poitiers (IC2MP) ; CNRS / Université Paris 6 (UPMC/ IMPMC); Université de Nantes (LPG) ; Université d’Helsinki

Publications scientifiques
En images

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Haut : photo d’un contact acier carbone / argilite après 10 ans
Bas : reconstruction 3D de la zone fer par microtomographie RX

Voir la vidéo d'une reconstruction 3D d'une interface fer/argilite 

Vidéo d’une reconstruction 3D d’une interface fer/argilite