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DES SCIENTIFIQUES SUR LE TERRAIN Discipline :  Physique-chimie Technologie Découverte professionnelle Objectifs : Découvrir un projet d’ingénierie scientifique. Découvrir quelques débouchés professionnels pour les scientifiques. Comprendre que des connaissances en physique, en chimie et en technologie sont nécessaires pour mener à bien un projet industriel. Ce module pédagogique a pour but de faire découvrir aux élèves un projet industriel où l’ingénierie scientifique est prépondérante, à travers la question du stockage des déchets radioactifs. Le projet de stockage profond des déchets radioactifs de moyenne activité à vie longue et de haute activité, situé à la limite des départements de la Meuse et de la Haute-Marne est en effet un projet de grande ampleur qui mobilise de nombreux ingénieurs et scientifiques. La science est donc présentée à travers ses applications et les débouchés professionnels qu’elle apporte.   Une animation sert de point de départ à la démarche pédagogique ; les ressources proposées ensuite vous permettront d’exploiter la thématique du stockage profond des déchets radioactifs en classe de physique-chimie et de technologie au collège. Vous trouverez dans les autres modules de cet ensemble des idées pour une approche interdisciplinaire de la problématique des déchets radioactifs, dont un module de physique plus spécialisé, destiné aux classes scientifiques du lycée. Objectifs des activités : 1. Assurer la sécurité de tunnels creusés à 500m de profondeur. (physique) 2. Connaître les effets de l’eau sur différents matériaux : le verre, l’acier, le béton. 3. Analyser un besoin et concevoir un objet technique nécessaire au stockage profond de déchets radioactifs. Avant le visionnage : demandez aux élèves s’ils connaissent des grands projets industriels (construction d’autoroutes, chantiers navals, tunnel sous la Manche, viaduc de Millau…) et s’ils pensent que des scientifiques sont appelés à travailler sur ces projets. Visionnez l’animation pédagogique Andra/LWP et vérifiez que les élèves ont compris le projet présenté, et qu’ils ont fait le lien entre le projet présenté et leurs enseignements scolaires.

1re mission : assurer la sécurité de galeries creusées à 500 m de profondeur Regardez ces photos : quel est le point commun entre ces différentes constructions ? Réponse : le soutènement. Arcs, piliers, murs de soutènement servent à assurer la stabilité d’un terrain, d’un édifice ou d’une galerie souterraine.

1re mission : assurer la sécurité de galeries creusées à 500 m de profondeur Avant de réaliser le projet de stockage profond des déchets radioactifs, un laboratoire souterrain a été construit pour tester les concepts établis par les scientifiques, et étudier différents paramètres. Répondez à ce quiz sur le creusement du site : 1. Quels sont les effets du creusement sur l’argile ? a. des éboulements b. des fissures c. un dessèchement d. un échauffement 2. Comment s’appelle la machine utilisée pour creuser les galeries ? a. un tunnelier b. un galeriste c. un creuseur d. une perceuse 3. Quel matériau est utilisé pour les arcs de soutènement des galeries ? a. du bois b. du verre c. du béton d. de l’acier 4. Pour soutenir les parois des galeries, on a utilisé : a. des contreforts b. du béton projeté c. des pierres d. une peinture spéciale 5. Que provoquent dans la roche les déchets radioactifs, par opposition à d’autres déchets ? a. une mauvaise odeur b. un dessèchement c. un échauffement d. une coloration Faites réécouter aux élèves le paragraphe de l’animation sur la physique puis proposez le quiz à la classe. Toutes les réponses ne sont pas données dans l’animation, certaines font appel à la logique ou à la culture générale.   Réponses : 1. Réponses b et c. Les fissures sont de quelques centimètres et seront colmatées lors du rebouchage du site. Le dessèchement est dû à l’aération des galeries, qui seront progressivement réhydratées par l’eau contenue dans la roche, après leur fermeture. 2. Réponse a. Les tunneliers sont utilisés dans le creusement de tunnels comme le tunnel sous la Manche par exemple. Une autre machine développée exclusivement pour le site de stockage profond de déchets radioactifs est une machine dite « à attaque ponctuelle », qui permet de limiter les fissures de la roche. 3. Réponse d. Il s’agit de cintres coulissants en acier. 5. Réponse b. 6. Réponse c. Les déchets radioactifs de haute activité sont au départ très chauds. Sur leurs sites de production, ils sont placés en piscine de refroidissement avant d’être stockés. Pour être placés dans les alvéoles du stockage profond, ces déchets de haute activité devront avoir atteint au maximum 90°C.

2e mission : connaître les effets de l’eau sur différents matériaux : verre, acier, béton A votre avis, lequel de ces 3 matériaux est le plus résistant à l’eau ? Citez un exemple d’objet en acier : à quelle occasion est-il au contact de l’eau ? Quels effets sont produits ? Citez un exemple d’objet en verre : à quelle occasion est-il au contact de l’eau ? Quels effets sont produits ? Citez un exemple d’objet en béton : à quelle occasion est-il au contact de l’eau ? Quels effets sont produits ? Exemples de réponses :   Un objet en acier : un vélo. Il est au contact de l’eau : quand il reste sous la pluie. Effet produit : il rouille. Un objet en verre : un verre. Il est au contact de l’eau : quand on boit / dans le lave-vaisselle. Effet produit : rien / il peut se troubler ou se casser. Un objet en béton : un escalier de piscine extérieure. Il est au contact de l’eau : quand la piscine est remplie, quand il pleut. Effet produit : il s’use, s’abîme. Le verre est le plus résistant des trois. On peut consulter la page : http://www.dechets-radioactifs.com/defi-science-technique/concevoir-stockage-souterrain/choix-materiaux.html Source : www.dechets-radioactifs.com

3e mission : analyser un besoin et concevoir un objet technique Voici une coupe du lieu où sera implanté le centre de stockage profond de déchets radioactifs : Avec votre équipe, imaginez les moyens : pour faire descendre des personnes et du matériel dans le site ; pour réceptionner les colis de déchets ; pour les descendre dans le lieu de stockage, les déplacer dans les galeries et les placer dans les alvéoles ; pour contrôler les opérations.   Dessinez sur le schéma vos installations. Exemple de réponse : pour faire descendre des personnes et du matériel dans le site : un ascenseur pour réceptionner les colis de déchets : un hangar aves des robots pour les descendre dans le lieu de stockage, les déplacer dans les galeries et les placer dans les alvéoles : des chariots automatisés pour contrôler les opérations : des caméras de surveillance, reliées à un poste de contrôle en surface   Source : www.andra.fr

3e mission : analyser un besoin et concevoir un objet technique Remplissez la fiche technique de la machine que vous avez conçue pour descendre des personnes et du matériel dans le site. Nom Besoin/fonction Matériaux utilisés Energie utilisée Poids supporté Vitesse Type de modélisation Durée de vie prévue Maintenance

3e mission : analyser un besoin et concevoir un objet technique Regardez maintenant les solutions développées par les ingénieurs de l’Andra  pour la mise en place des déchets de haute activité. http://www.andra.fr/andra-meusehautemarne/pages/fr/menu18/le-projet-de-stockage/le-principe-de-stockage-profond-1517.html Cette impressionnante animation en 3D présente le parcours des colis de déchets radioactifs da haute activité, depuis leur arrivée sur le site jusqu’à leur placement au fond des alvéoles de stockage, ainsi que leur retrait qui doit être possible pendant au moins 100 ans. On peut observer les modélisations des machines qui seraient nécessaires à chaque opération : plusieurs de ces machines sont conçues et développées exclusivement pour le projet. http://www.andra.fr/andra-meusehautemarne/pages/fr/menu18/le-projet-de-stockage/le-principe-de-stockage-profond-1517.html  

ANNEXES Ancrage dans les programmes scolaires Texte de la voix off de l’animation pédagogique Pour se documenter

1. Ancrages dans les programmes scolaires THEMES DE CONVERGENCE (Bulletin officiel spécial n° 6 du 28 août 2008) Thème 2 : développement durable La physique-chimie introduit l’idée de conservation de la matière et permet de comprendre qu’une substance rejetée peut être diluée, transformée ou conservée. Les transformations chimiques issues des activités humaines peuvent être la source d’une pollution de l’environnement mais il est également possible de mettre à profit la chimie pour recycler les matériaux et plus généralement pour restaurer l’environnement. La technologie est indispensable à la compréhension des problèmes d’environnement d’une planète transformée en permanence par les activités de l’homme. De part les sujets abordés (les transports, l’environnement et l’énergie, l’architecture et l’habitat, le choix des matériaux et leur recyclage), la technologie sensibilise les élèves aux grands problèmes de l’environnement et du développent durable. Thème 3 : énergie La physique-chimie conduit à une première classification des différentes formes d’énergie et permet une première approche de l’étude de certaines conversions d’énergie. La grande importance de l’électricité dans la vie quotidienne et dans le monde industriel justifie l’accent mis sur l’énergie électrique, notamment sur sa production. La technologie, avec des supports issus des domaines tels que les transports, l’architecture, l’habitat, l’environnement, permet de mettre en évidence les différentes formes d’énergie qui sont utilisées dans les objets techniques. Thème 6 : sécurité Physique-chimie : Les risques naturels en liaison avec la météorologie, les risques technologiques (toxicité des produits utilisés, des déchets produits) sont également abordés. La technologie prend très fortement en compte la sécurité des élèves lors de l’utilisation des outils de production. Par ailleurs, elle fait une large place aux conditions de sécurité dans l’étude des transports, dans la réalisation d’appareillages de domotique, dans l’étude de systèmes énergétiques, et dans les réalisations ou études techniques à tous niveaux.

2. Texte de la voix off de l’animation pédagogique Des scientifiques sur le terrain Tous les scientifiques ne portent pas de blouse blanche, ne travaillent pas avec un microscope et des éprouvettes, et ne restent pas enfermés dans leur laboratoire. Certains sont impliqués dans des projets industriels, où les technologies développées par les ingénieurs demandent une expertise scientifique. C’est le cas dans le projet de stockage profond des déchets radioactifs. Ce projet, en cours d’étude, consiste à creuser, à 500m sous le sol, un site composé de galeries destinées à accueillir les colis de déchets les plus radioactifs produits en France. Exploité pendant au moins un siècle, avec la possibilité d’en retirer les colis si un nouveau mode de gestion était adopté, ce site sera ensuite rebouché et fermé définitivement ; la roche dans laquelle les déchets auront été stockés permettra de confiner les déchets sur de très longues périodes de temps, jusqu’à ce que leur radioactivité disparaisse. De nombreux scientifiques travaillent sur ce projet, qui comprend notamment des paramètres physiques, chimiques et technologiques complexes. Côté physique d’abord, le creusement du site donne lieu à des études sur le comportement de la roche. En creusant, on modifie en effet les conditions naturelles du sous-sol : la roche se fissure, se déshydrate, se déforme. La mise en place des colis de déchets radioactifs, qui émettent de la chaleur, provoquera de plus un échauffement de la roche. Le rôle des ingénieurs scientifiques consiste donc par exemple à développer les techniques de creusement et de soutènement des galeries les plus efficaces et la température maximale acceptable pour le stockage afin de perturber le moins possible le milieu naturel. Côté chimie, les interactions entre les matériaux de conditionnement, les déchets radioactifs eux-mêmes et le milieu dans lequel ils seront placés sont étudiées. Un travail est notamment mené sur le verre, le béton et l’inox. Il s’agit d’analyser non seulement leurs propriétés physiques (résistance, durabilité, isolation) mais aussi les réactions chimiques qui affecteront par exemple les colis au contact de l’eau contenue dans la roche. Certains types de déchets peuvent rester radioactifs pendant plusieurs centaines de milliers d’années : il faut donc s’assurer que les phénomènes de corrosion des métaux, d’altération du verre et de dégradation des bétons soient extrêmement lents et sans conséquence sur la sécurité du stockage. La réalisation du site est aussi un défi technologique. D’une part, le creusement et l’aménagement des galeries et des descenderies nécessite la conception de machines adaptées, comme des tunneliers ou des ascenseurs qui descendent jusqu’à 500m ! D’autre part, les opérations de stockage des colis de déchets radioactifs posent un problème particulier : ils ne peuvent pas être manipulés par l’homme, tout leur parcours doit être automatisé. Des prototypes de robots ont donc été conçus, destinés à assurer leur réception, leurs déplacements jusqu’aux galeries, leur mise en place dans les alvéoles, et si nécessaire, leur retrait. Enfin, une méthode pour refermer le site est à l’étude : une argile spéciale sera injectée pour boucher définitivement les galeries. Les fissures occasionnées par le creusement devront être colmatées, et l’ensemble de l’ouvrage, parfaitement stable après sa fermeture. Entre physique, chimie et innovation technologie, le projet de stockage profond de déchets radioactifs est un projet d’ingénierie scientifique interdisciplinaire, où chaque spécialiste a un rôle à jouer.

3. Pour se documenter Vous pouvez consulter les fiches-métiers de l’Andra sur www.andra.fr pour mieux connaître les professionnels qui travaillent dans cette agence. On trouve sur ce site des fiches descriptives de métiers, comme « ingénieur scientifique ». http://www.andra.fr/download/site-principal/document/l_andra/nous_rejoindre/fiches_metier/ingenieur_scientifique_simulation_numerique.pdf http://www.andra.fr/download/site-principal/document/l_andra/nous_rejoindre/fiches_metier/ingenieur_etudes_de_surete.pdf  

3. Pour se documenter Consultez le site www.dechetsradioactifs.com pour continuer à travailler sur les liens entre sciences et gestion des déchets radioactifs. On trouve notamment dans la médiathèque du site cette affiche sur la science au service du stockage souterrain des déchets radioactifs : http://www.dechets-radioactifs.com/sites/default/files/itineraires/657/lascienceauservicedustockagesouterraindedechetsradioactifs.pdf

DES SCIENTIFIQUES SUR LE TERRAIN Un document en préparé par l’ANDRA et