Architecture Travaux souterrains

Les ingénieurs creusent les techniques d’enfouissement des déchets nucléaires

Mots clés : Conception - Energie nucléaire - Musées - galerie - Soutènement - Travaux publics

Plusieurs méthodes d’excavation et de soutènement des galeries sont testées à 500 m sous terre.

Objectif : créer un centre de stockage unique au monde.

S’en remettre à la géologie pour gérer les déchets nucléaires les plus dangereux. Telle est la raison d’être du projet de Centre industriel de stockage géologique (Cigéo) qui devrait voir le jour à l’horizon 2025 à la limite des départements de la Meuse et de la Haute-Marne. Pour concevoir et construire cette installation sans équivalent dans le monde, l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra) procède, depuis janvier 2007, à plusieurs expérimentations techniques par 500 m de profondeur. L’objectif de ce laboratoire souterrain, situé sous les communes de Bure et Saudron ? Evaluer les propriétés de confinement et le comportement de la roche hôte – de l’argilite, mélange d’argile et de quartz, datant de 160 millions d’années – et tester, in situ , plusieurs méthodes de creusement et de soutènement. Pour cela, un réseau de 1,6 km de galeries expérimentales instrumentées – achevé à plus de 90 % aujourd’hui – est réalisé. Il préfigurera ce que seront les 250 km de galeries de Cigéo, qui s’étendront alors, à 5,5 km de là, sur une emprise souterraine gigantesque de 15 km2.

Confinement « multibarrière ». Autorisé, sous certaines conditions, par la loi relative à la gestion durable des matières et des déchets radioactifs votée le 28 juin 2006, le stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde repose sur le principe de la « multibarrière » : la roche hôte comme les structures de génie civil souterraines ouvragées ont pour fonction de confiner les déchets, tout en ralentissant au maximum la diffusion et la migration de certains radio nucléides dans le sous-sol, le temps que leur radio activité décroisse et devienne ainsi comparable à la radio activité naturelle. « Les propriétés physico chimiques de l’argilite offrent plusieurs avantages en termes de sûreté. D’une part, la très faible porosité de la roche induit des circulations d’eau extrêmement lentes, voire quasiment nulles. D’autre part, la composition chimique intrinsèque de l’argilite et celle de l’eau piègent naturellement certains radio éléments », indique Frédéric Plas, le directeur de la R & D de l’Andra.

250 km de galeries 10 millions m3 de déblais 85 000 m3 de déchets stockés

A partir de 2025 et durant plusieurs milliers d’années, Cigéo abritera au moins 240 000 colis, soit plus de 85 000 m3 de déchets. Ils seront stockés, selon leur taux de radioactivité, dans différentes alvéoles (les espaces de stockage à proprement parler). Ainsi, les déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL), issus du fonctionnement des installations nucléaires françaises, seront entreposés dans des alvéoles de 65 à 85 m2 de section pour 500 m de long. Les déchets de haute activité à vie longue (HA), produits du retraitement des combustibles.Les effets de la chaleur émise par les déchets sur la roche hôte, la composition des bouchons de scellement des galeries et des alvéoles, le risque d’incendie dû aux machines et aux équipements, la cogestion d’un chantier avec une zone nucléaire (lors de l’extension progressive de Cigéo) comptent parmi les autres interrogations que les ingénieurs s’efforcent de résoudre. « Nous travaillons véritablement dans un laboratoire. Nous avançons pas à pas, en nous enrichissant continuellement de nos retours d’expérience », conclut Frédéric Plas.

1,6 km de galeries expérimentales 72 000 m3 de déblais

Maîtrise d’ouvrage : Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra). Maîtrise d’œuvre : Groupement Antea Group, BG Ingénieurs Conseils. Entreprise : Eiffage Travaux Publics. Montant : 973 millions d’euros.

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Soutènement - Lutter contre la convergence

Pour réaliser les 250 km de galeries qui composeront le futur Centre industriel de stockage géologique, la question des techniques de creusement et de soutènement n’est pas la moindre des problématiques. « Il s’agit, pour chaque type d’ouvrages souterrains (galeries et alvéoles), de trouver la méthode la mieux adaptée à la roche hôte et offrant le meilleur compromis en termes à la fois technico-économiques et de sûreté. Pour la création des grands linéaires, comme les galeries d’accès, nous avons opté pour un tunnelier pleine face de 180 tonnes, avec pose de voussoirs spéciaux à l’avancement. Pour les alvéoles stockant les déchets de moyenne activité, nous privilégions des machines d’attaque ponctuelle sous bouclier », explique Frédéric Plas, directeur de la R & D de l’Andra.

Voussoirs compressibles. Particularité du soutènement de ces ouvrages : les voussoirs sont constitués d’une couche compressible, composée d’une multitude de petits éléments cylindriques en argilite obtenus par le recyclage d’une partie des déblais du chantier. Cette couche a pour fonction d’absorber les contraintes dues au phénomène de convergence (la poussée du terrain). « Les voussoirs compressibles constituent une innovation dans le domaine des travaux souterrains. Ils remplacent avantageusement les traditionnelles injections de mortier – classique ou composé de billes en polystyrène – dans le vide annulaire », indique Frédéric Plas.

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Creusement - Maintenir l'intégrité des alvéoles pour un stockage réversible

Déchets radioactifs parmi les plus dangereux, les colis de haute activité à vie longue (HA) seront stockés dans des alvéoles horizontales de 70 cm de diamètre et de 100 à 150 m de long. « L’enjeu technique réside dans le maintien de la géométrie des alvéoles, de sorte à permettre la réversibilité du stockage. Leur revêtement doit donc subir le moins de déformations possibles », indique Frédéric Plas, directeur de la R & D de l’Andra. Le choix technique retenu consiste en un chemisage métallique résistant (à faible teneur en carbone), capable en outre de contenir au maximum la chaleur des colis radioactifs. Le but ? Maintenir la température de la roche hôte inférieure à 90 °C pour en préserver les caractéristiques physicochimiques nécessaires à sa fonction de confinement.

Expérimentations. Deux méthodes pour la mise en place du chemisage sont testées. « Dans un cas, les tubes métalliques seront placés au microtunnelier : la machine fore en même temps qu’elle tire des éléments de 3 m de long mis les uns à la suite des autres. Dans un autre cas, le forage est réalisé dans un premier temps, avant la pose du chemisage. C’est cette dernière technique qui sera sans doute retenue pour Cigéo », décrit Frédéric Plas.

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Scellement - Isoler les déchets nucléaires

Hormis le maintien de l’intégrité structurelle des ouvrages souterrains de génie civil, l’un des principaux enjeux techniques du stockage profond des déchets nucléaires réside dans la fermeture du futur centre industriel. A l’interface des galeries et des descenderies de ce dernier, le dispositif de scellement qui sera retenu devra présenter des propriétés hydromécaniques permettant l’imperméabilité de la liaison surface-fond.

Epouser la géométrie des galeries. « Cette imperméabilité sera notamment assurée par la réalisation de bouchons de scellement à base de bentonite. L’un des avantages de cette argile gonflante est d’épouser toutes les géométries des galeries, tout en offrant une capacité de cicatrisation remarquable », explique Frédéric Plas, directeur de la R & D de l’Andra. Lors de sa mise en œuvre, la bentonite peut se présenter sous la forme de granulés ou de pièces préfabriquées.

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