Source : AIE L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS

55 Mtoe = 640 TWh

Source : AIE L’ÉVOLUTION PRÉVUE

AUTRES SOURCES DE PRODUCTION D’ÉNERGIE Transmission Énergies renouvelables Réacteurs Fabrication du combustible Enrichissement Chimie Traitement du combustible usé Recyclage fabrication du combustible MOX Services Pôle Amont Pôle Réacteurs et Services Pôle Aval Pôle Transmission & Distribution Distribution

Introduction77 Offre et demande d’Uranium En 2015, près de 60% de la production primaire devra être assurée par des capacités nouvelles Équilibre offre – demande Déstockages HEU Production primaire Besoins Réacteurs Source: AREVA

Introduction88 Les acteurs majeurs de la production d’uranium représentent 3/4 ème de la production mondiale Chiffres 2007

Introduction99 Des objectifs ambitieux Doubler la production Devenir premier fournisseur mondial

Introduction10 AREVA est présent sur les zones clés Canada Kazakhstan Gabon Niger Mongolia USA Germany Russia Offices Mines operating Mining projects under development Exploration Mines reclamation Australia France Finland Namibia South Africa CAR Senegal

INFLUENCE DE LA CONGÉLATION DES TERRAINS SUR LA STABILITÉ DES OUVRAGES Mines d’uranium de McArthur River et Cigar Lake, Canada. Jean-Félix HUBERT Travail d’option encadré par A. REJEB (AREVA NC, DRD) et M. HADJ-HASSEN (ENSMP)

Le bassin d’Athabasca Situation géographique Cluff Lake McClean Lake Key Lake Rabbit Lake Wollaston Lake Midwest SASKATCHEWAN ALBERTA Athabasca Lake Athabasca Sandstone Basin 600 km McArthur River Cigar Lake

Le bassin d’Athabasca Géologie des gisements

McArthur River : méthode d’exploitation Amas Profondeur : ~530 m Tonnage : ~180 kt U (12/2006) Teneur : 21 % Production (2004) : 8,4 kt U308 (~20 % du total)

McArthur River : méthode d’exploitation Ore zone Pilot hole Reaming head Profondeur : 530 m Profondeur : 640 m Raiseboring : Trou pilote Alésage Comblement Radioactivité

Etape 1 : Foration du trou pilote Tricône

Alésage Source : Zakariae EL MARZOUKI (Travail d’option 2007)

McArthur River : méthode d’exploitation Ore zone Pilot hole Reaming head Profondeur : 530 m Profondeur : 640 m Raiseboring : Trou pilote Alésage Comblement

Cigar Lake : méthode d’exploitation Tonnage : ~100 kt U Teneur : 20,7 % Production prévue : 8 kt U /an Lentille Contact avec l’aquifère Profondeur : 465 m

Cigar Lake : méthode d’exploitation Tunnelier Jetboring : Forages Abattage : eau sous pression Comblement Niveau de congélation

Cigar Lake : historique  Début des années 1980 : reconnaissances.  : 1 er puits.  :1ers essais miniers.  Creusement du 2 e puits.  1999 : incident au niveau 465, perte du tunnelier.  Septembre 2006 : reprise du creusement.  Octobre 2006 : ennoyage.

La technique de congélation Double rôle :  Constitution d’une barrière étanche.  Renforcement de la roche.

La technique de congélation 150 kPa  600 kPa, -30°C 5000 kPa -36°C 100  500 m 3 /h

La technique de congélation À McArthur River : murs de congélation

La technique de congélation

À Cigar Lake

Cadre et objectif du travail Comment déterminer l’influence de la congélation sur la stabilité des ouvrages ? Problème thermique, problème mécanique. Quels modèles adopter ? Acquisition et analyse de données in-situ. Développement et validation d’une approche de modélisation Répondre aux exigences opérationnelles les plus urgentes d’AREVA

PLAN DE LA PRÉSENTATION I. Synthèse des travaux antérieurs Phénomènes physiques Données disponibles Modèles existants II. Approche développée Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie. Cas réel de Mc Arthur River : - Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site Conclusions et perspectives

PLAN DE LA PRÉSENTATION I. Synthèse des travaux antérieurs Phénomènes physiques Données disponibles Modèles existants II. Approche développée Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie. Cas réel de Mc Arthur River : - Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site Conclusions et perspectives

I. Synthèse des travaux antérieurs  Bibliographie : - études sur Cigar Lake et Mc Arthur River  modèles et données. - P. Berest, Ph. Weber (coordinateurs), 1988, La thermomécanique des roches, BRGM. École d’été de thermomécanique des roches H. Côté, 2003, Comportement thermo-hydro-mécanique des géomatériaux poreux: approches expérimentales et numériques. Thèse de l’Université catholique de Louvain.  Déplacement au Canada et contacts

PLAN DE LA PRÉSENTATION I. Synthèse des travaux antérieurs Phénomènes physiques Données disponibles Modèles existants II. Approche développée Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie. Cas réel de Mc Arthur River : - Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site Conclusions et perspectives

Phénomènes physiques La congélation provoque :  Changement de phase  Variation des caractéristiques thermiques et mécaniques : dilatation / contraction, fracturation thermique.  Mouvements d’eau (succion cryogénique)

Phénomènes physiques On fait les hypothèses suivantes :  Le changement de phase est isotherme : on ne tient pas compte de l’eau non-gelée pour T < 0°C.  Il n’y a ni drainage ni succion cryogénique.

PLAN DE LA PRÉSENTATION I. Synthèse des travaux antérieurs Phénomènes physiques Données disponibles Modèles existants II. Approche développée Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie. Cas réel de Mc Arthur River : - Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site Conclusions et perspectives

Les données disponibles Parmi plusieurs sources on en retient 2 : 1 par mine.  Cigar Lake : étude de Golder en  McArthur River : mémoire de Master de T. Smith en 2005

Données : Cigar Lake  Terrains non congelés : Essais en laboratoire  C, Φ, E,, UCS pour grès, argile, socle.  Terrains congelés :

Données : Cigar Lake - Cellules de mesure de la pression radiale. - Mesure de la convergence - Cellules de mesure de la déformation longitudinale.  Contrainte radiale dans le soutènement (O.G. : 4 MPa)  Convergence (O.G. : 35 mm)  Moment fléchissant

Données : Cigar Lake Mesures :  Excavation dans le terrain non-congelé.  Congélation Difficultés :  La convergence résulte à la fois de la congélation et de l’excavation.  Manque de fiabilité des mesures. Asymétrie.

Données : McArthur River Étude de cas n°1 du mémoire de Master de T. Smith. Très peu de mesures : 2 essais en compression simple. Estimation des paramètres grâce à la littérature.

Données : McArthur River Recoupe de congélation, pendant la congélation Faisceau de tuyaux de congélation

Données : McArthur River Coupe B Thermocouple Extensomètres : M903-01, M903-02

Données : McArthur River Les courbes sont dans l’ordre.

Données : McArthur River Corrélation entre la diminution de température et l’augmentation de la déformation.

Données : McArthur River Fissure dans le béton projeté.

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Modèles existants Cigar Lake  Modélisation thermique, Geoslope (2004)  Rapport de Parsons-Brinckerhoff (1999)  Rapport de Golder (2000) Mc Arthur River  Mémoire de MSc, T. Smith (2006)

Geoslope : calcul thermique  On ne dispose que de quelques indications sur le calcul, les paramètres et les résultats.

Calculs mécaniques  Calcul thermique préalable.  Objectifs : obtenir les champs de déplacement et de contraintes  revêtement.  Hypothèses sur la congélation : isotherme, sans drainage  Thermoélasticité.  Géométrie : plane ou axisymétrique.

Calculs mécaniques Prise en compte du gonflement lors de la transition eau  glace :  On introduit la valeur du gonflement selon T  calcul compliqué avec le logiciel utilisé (PB) ou  Séparer les phénomènes (Golder)

Golder (2000)

Calculs mécaniques Résultats :  Diminution de la variation de la contrainte avec la distance.  Zone d’influence ~ 20 m.  Fortes contraintes dans le revêtement en béton (résistance > 110 MPa)

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Principe général  Calcul thermique avec CHEF (logiciel de calcul par éléments finis)  Transformation des résulats pour obtenir le gonflement.  Gonflement utilisé par le logiciel VIPLEF.  Interprétation et comparaison avec les données expérimentales.

Principe général Tuyau de congélation (30 m) 6 m 300 m Conditions initiales : T homogène = T max = 15°C Conditions aux limites : - T max à l’infini - T imposée sur le tuyau, qui décroît de T max à T min =-30°C Durée : 2 ans. T max T min

Principe général : thermique Conductivité thermique variable. Capacité thermique variable :  Capacité pour la roche gelée / non gelée  Chaleur latente absorbée entre 0°C et 1°C

Principe général : thermique

Principe général : mécanique  Calcul du gonflement : expansion de la glace et contraction de la roche. Isotrope.  Fourni directement à VIPLEF.  Calcul mécanique en élasticité linéaire.  Conditions aux limites : déplacement nul à l’infini.

Principe général : mécanique U V

Gonflement, puis compression Convergence Influence à distance du front de gel

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Cas réel : McArthur River Coupe B

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Cas cylindrique et plan  Cylindrique  Plan Timp Tmax Timp = -12°CTmax = 9°C

Cas cylindrique et plan  Régime transitoire  Comparaison de la taille de la zone gelée avec des propriétés similaires. Zone gelée plus étendue pour le cas plan

Cas cylindrique et plan  Introduction d’un coefficient d’ajustement α tel que :  Les deux zones gelées ont la même taille après un temps donné

Cas cylindrique et plan Valeurs retenues

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Cas réel de McArthur River TH-20

Cas réel de McArthur River

T : Influence et choix de α 3 m  α = 27

T : Influence et choix de α 18 m

Carte des températures Durée : 120 jours TH-20 α = 27

Calcul mécanique Poussée du mur de congélation α = 27

Calcul mécanique α = 27 Gonflement Déplacement à la paroi  10 cm.

Calcul mécanique α = 27

Déplacement : M m Aucune cohérence

Déplacement : M m Allure comparable

Déplacement : M m  l’écart d’amplitude diminue encore.  L’allure présente des similitudes, mais sans certitude  Tendance générale ?

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Conclusions  Analyse critique des méthodes utilisées  Données de site analysées  Simulation thermique et mécanique pour une géométrie plane.  Calcul thermique validé  Déplacement : allure ~correcte, amplitudes non concordantes.

Perspectives  Travailler avec des données de site de meilleure qualité : instrumentation fiable et géométrie simple.  Prendre en compte le soutènement.  Modèle mécanique plus complexe : caractéristiques variables avec T, anisotropie du gonflement, modèle rhéologique…

Questions ?

Demi-convergence dans le cas axisymétrique : galerie + forage

Déplacement vertical pour M903-04

Déplacement vertical pour M903-09

Données : McArthur River