Avancement des travaux français sur l’aval du cycle nucléaire. Stockage souterrain des déchets Ghislain de Marsily Professeur à l’Université Paris VI ECOLE.

Présentation au sujet: "Avancement des travaux français sur l’aval du cycle nucléaire. Stockage souterrain des déchets Ghislain de Marsily Professeur à l’Université Paris VI ECOLE."— Transcription de la présentation:

1 Avancement des travaux français sur l’aval du cycle nucléaire. Stockage souterrain des déchets Ghislain de Marsily Professeur à l’Université Paris VI ECOLE DES MINES DE PARIS 14 JUIN 2005

2 Fonctionnement pendant un an d’un réacteur 900 MWé à 70% de charge, Production 5,52 TWhé, avec retraitement à La Hague, pertes U-Pu 0,12%

3 Du minerai au combustible

4 Cycle en réacteur et retraitement

5 Inventaire en radionucléides avant et après passage en réacteur 235 236 238

6 U, Pu, Actinides

7 Produits de fission Période kg/TWhé kg/an

8

9

10

11

12

13 Volume des déchets Déchets A (Faible activité, teneur limite en émetteurs alpha), origine majeure EDF : ~ 1 million de m 3 Déchets B (Moyenne activité, vie longue, émetteurs alpha), origine majeure Cogéma : ~100 000 m 3 Déchets C (Haute activité – Vie longue) verres et combustibles usés EDF : ~ 10 000 m 3 Déchets TFA, site de Morvilliers, démantèlement : ~plusieurs millions de m 3

14 Historique de la recherche Années 50 : Ac des Sc. US dit « stockage géologique », des mines de sel du Kansas sont étudiées. Autres propositions : –Envoi dans l’espace (fusées, canon…) –Glaciers de l’Antarctique –Zones de subduction (plaque tectonique plongeante) –Entreposage dans des déserts –Transmutation…

15

16 Historique de la recherche, suite Années 60 : un forage de reconnaissance fait par le CEA sous l’usine de La Hague, prises de contact avec les MDPA 1973 : Groupe Bertrand Giraud, rapport Gruson pour le Min. Environnement : entreposage, stockage Annés 70 : lancement d’un programme de recherche Européen. Carte des formations potentielles en Europe faite par le BRGM.

17 Historique de la recherche, suite Années 70, suite : -France, Angleterre : Granite -Belgique, Italie : Argile -Allemagne, Hollande : Sel -Début du programmes international «Seabed» (stockage dans les fonds sous-marins, la France y participe; ce programme conduira à interdire l’immersion des déchets A en mer, que la France et surtout l’Angleterre ont pratiqué; arrêt des recherches vers 1985 par décision de la Convention de Londres (Droit de la Mer)

18

19 Formation hôte Aquifère

20 Rôle de la formation hôte Protéger des « accidents » de la surface Assurer un environnement stable et favorable à l’intégrité des barrières ouvragées sur des durées très longues Après dégradation des barrières ouvragées, ralentir la migration des radionucléides dans l’environnement : –Faible vitesse d’écoulement, –Grande porosité d’eau immobile –Capacité d’adsorption et d’insolubilisation Dilution et retard des radionucléides avant retour à la biosphère

21 Historique de la recherche, suite Fin années 70 : recherches de sites granitique en France, massifs A et B «secrets» en Bretagne, forage profond d’Auriat dans le Massif Central, expériences en laboratoire dans la mine de Fanay-Augères, près de Limoges Tentative d’ouverture d’un site de stockage de déchets A sur le site de la Mines des Bois Noirs (ex mine d’uranium),fortes protestations…

22 Historique de la recherche, suite Années 1980 : Commissions « Castaing » –Non remise en cause du retraitement –Stockages de déchets A, RFS, choix du site de Soulaines (sables sur argiles) –Elargissement du choix de types de roche –Rapport « Goguel » sur les critères de choix de sites, RFS stockages profonds Lancement d’un programme du CEA sur 4 types de roches : –Sel de Bresse –Argiles du Toarcien près de Laon –Ardoises près d’Angers, en Vendée –Granite en Bretagne

23 Historique de la recherche, suite Forte opposition en Vendée, en Bresse Moratoire du Gouv. Roccard 1988 Mission confiée à M. Christian Battaille, Député du Nord Loi de 1991 sur les déchets nucléaires : –Axe 1 : séparation poussée et transmutation –Axe 2 : stockage géologique, réversible ou non, construction de Laboratoires souterrains pour ausculter les roches… –Axe 3 : entreposage de longues durée (300 ans…) (Entrevue avec Straus-Kahn) Fixe 15 ans de recherche (1992-2006) Création de l’ANDRA, EPIC sous la tutelle de l’Industrie, la Recherche et l’Environnement Création de la CNE : Commission Nationale d’Evaluation relative aux recherches sur la gestion des déchets radioactifs

24 La CNE 12 membres, 6 nommés à parité par l’Assemblée et le Sénat, dont au moins 2 étrangers, sur proposition de l’OPECST; 6 membres nommés par le Gouvernement –4 sur proposition de l’Académie des Sciences –2 sur proposition du Conseil Supérieur de la Sûreté et de l’Information Nucléaire Rédige chaque année un rapport sur l’avancement des recherches, remis au Gouvernement et au Parlement Rédige pour 2006 un rapport global sur les recherches et leurs conclusions, pour contribuer à préparer un projet de Loi à examiner en 2006

25 Environ 100 pages

26 La CNE, suite Bernard Tissot, Président Pierre Berest Robert Dautray Jean-Claude Duplessy Robert Guillaumont Juan-Manuel Kindelan (Espagne) Jacques Lafuma Jean Lefèvre Ghislain de Marsily Olivier Pironneau Jean-Paul Schapira Claes Thegerström (Suède)

27 La CNE, suite Mode de fonctionnement : auditions des «acteurs de la Loi» (ANDRA, CEA, COGEMA, EDF,…), environ 120 auditions et 100 réunions de travail en 11 ans Visite des installations de recherche Françaises dans les trois axes de la Loi Visites similaires en Allemagne, Suède, Finlande, USA, Canada, Hollande, Espagne Rendez-vous annuel avec les CLIS des sites Andra

28 Historique de la recherche, suite Mission de recherche de sites potentiels confiée au Député Bataille par le Gouvernement Concertation avec les Assemblées Territoriales Choix de quatre départements : Gard, Vienne, Meuse, Haute Marne Réduction à trois zones en 1994 : –Argile du Callovo-Oxfordien, site de Bure, confins Meuse / Haute Marne –Granite sous recouvrement sédimentaire, seuil du Poitou, Vienne –Silts argileux, Marcoule, Gard

29 Parenthèse : étranger ? US : déchets B militaires, stockage dans le sel, WIPP au nouveau Mexique, ouverture du site au stockage fin des années 1990 US : initialement, trois roches (Basalte, Etat de Washington, près de Hanford; sel, Texas; Tuffs volcaniques, Yucca Mountain, Nevada, dans l’enceinte du terrain militaire de tests aériens et souterrains des armes nucléaires, près de Las Vegas. Combustibles irradiés et verres Choix réduit à YM en 1980, trop cher….

30

31

32

33 Parenthèse : étranger, suite Suède et Finlande : granite, combustibles non retraités insérés dans un conteneur de cuivre épais. Labo expérimentaux de Strippa et d’Äspö. Allemagne : Dôme de sel de Gorleben, en panne (très forte opposition locale), verres et CU Allemagne : Formation calcaire sous couche d’Argile, mine de Conrad, déchets B, approuvée par les autorités de sûreté, mais en panne…

34 Parenthèse : étranger, suite Belgique : Creusement d’un Laboratoire dans l’argile a Mol (Centre Nucléaire) Angleterre : projet de stockage dans des formation volcaniques près de Sellafield (usine de retraitement), Verdict d’une Commission de planning local défavorable, échec. Vagues projets de reprendre la réflexion (Commission sénatoriale Flower) Canada : granite, Commission Seaborn, échec. Arrêt. Réflexion en cours

35 Parenthèse : étranger, suite Suisse : recherches initiales sur le granite, tunnel expérimental de Grimsel, arrêté. Verres et CU. Tentative de création d’un stockage de déchets B dans les Marnes de Wallenberg, deux référendums, échec Recherches dans l’argile, jugée préférable au granite, Site près de Zürich, argiles à Opalines, étudiées aussi dans un tunnel routier dans le Jura à Mont Terri

36 Parenthèse : étranger, fin Espagne, Italie, reste de l’Europe : pas grand-chose Japon : granite, formations volcaniques, argiles. Le Japon a opté pour le retaitement Corée : granite Russie : pas clair, le nettoyage des sites contaminés et la première priorité

37 Déroulement en France Axe 1: séparation des actinides mineurs faisable au niveau du laboratoire avec des molécules extractantes en phase liquide Transmutation, faisabilité scientifique très préliminaire, SuperPhénix, Phénix, retards Deux voies possibles, –En réacteurs à neutrons rapides… 2040.. –En réacteurs rapides sous-critiques dédiés, couplés à un accélérateur… projet Européen

38 Déroulement en France, suite Axe 3 : Entreposage de longue durée : –Durée en 100 à 300 ans –Choix de conteneurs, compatibles avec un transfert ultérieur en site de stockage –Concepts en surface (casemates) –Concepts en sub-surface (flanc de colline) –Faisabilité industrielle acquise sur 100 ans –Faisabilité bien dégrossie sur 300 ans Concept de reconstruction périodique de l’entrepôt tous les 300 ans : jusqu’à + ∞, mais problèmes sociétaux….

39 Axe 2, stockage Bonne progression des travaux sur les 3 sites retenus, jusqu’en 1998. Géophysique, forages depuis la surface. Dépôt des demandes d’Installation des Laboratoires sur les 3 sites Avis négatif de la CNE sur le granite de la Vienne Décision du Gouvernement de retenir Bure (MHM), d’abandonner la Vienne sur les recommandations de la CNE, et retrait du dossier Gard sous la pression des vignerons. Demande à l’Andra de proposer un nouveau site granitique

40 Axe 2, stockage Granite : sélection de 172 massifs granitiques potentiels, réduction par critères successifs à 15 sites (Massif Central, Bretagne), tenus secrets Mission « granite » confiée à trois Hauts- fonctionnaires (CM, CGR, Préfet) Echec de la Mission Granite Décision du Gouvernement de charger l’Andra d’étudier les granites en collaboration avec des Pays étrangers, et de regarder la transposabilité des résultats aux granites Français

41 Recherches à Bure interprétations des données des 68 forages pétroliers existants, et de 1300km de profils sismiques 2D existants ; réalisation et interprétation de trois profils sismiques 2D de haute résolution supplémentaires (d’une longueur de 15km) ; réalisation et interprétation d’une campagne sismique 3D sur une surface de 4 km²; l’interprétation de ces données permet de bâtir une image tridimensionnelle du sous-sol, à la manière d’une tomographie médicale par scanner ; réalisation de 27 forages dans le secteur, sur une longueur totale forée de 5 km, et où 4,2 km de carottes de roche ont été récupérées, dont 2,3 km dans le Callovo-Oxfordien. 23 de ces forages sont verticaux et 5 sont déviés, ce qui a permis une meilleure reconnaissance de la formation selon la direction horizontale et de rechercher la présence éventuelle de fractures d’orientation verticale, dont la présence était parfois soupçonnée, et que des forages verticaux ne pouvaient pas recouper ; en revanche, les forages horizontaux et déviés, bien orientés, ne pouvaient les manquer ;

42 Recherches à Bure, suite prélèvement de 22.700 échantillons de roches, dont 5.300 échantillons ont été analysés en laboratoire ; prélèvement et analyse de 7.300 échantillons d’eaux de la plupart des forages réalisés, à différents niveaux sur la verticale, pour reconnaître les fluides présents dans les différentes formations géologiques présentes au-dessus de la couche cible, au sein de celle-ci, et en dessous ; des mesures locales de la perméabilité des niveaux rencontrés ont également été effectuées in situ, par injection ou pompage d’eau, sur environ 50 chambres de mesure ; fonçage de deux puits d’accès à la couche, pour pouvoir y construire le laboratoire Souterrain ; le puits dit Auxiliaire, est arrivé à sa profondeur nominale, 490 m, en octobre 2004 ; dans le puits dit Principal, une galerie expérimentale est opérationnelle depuis novembre 2004 à la profondeur de 445 m. Le puits est actuellement (début juin 2005) à la profondeur de 470 m environ, et devrait arriver à sa base, à 490 m, en octobre 2005 après la réalisation des expérimentations qui y sont prévues ;

43 Recherches à Bure, suite levés géologiques détaillés tout au long du fonçage de ces puits, par une équipe de géologue, après chaque volée, pour reconnaître dans le détail les formations traversées, les photographier, échantillonner les roches et les fluides, observer les éventuelles fractures ou anomalies qui pourraient se présenter ; mesure en continu des débits d’eau parvenant aux puits pendant leur fonçage issus des formations géologiques traversées ; creusement d’un galerie horizontale expérimentale en T, appelée « la niche », à partir du puits principal, à la profondeur de 445 m, (partie supérieure du Callovo- Oxfordien ; cette galerie, d’une longueur cumulée de 35 m, a permis de voir sur une grande surface la roche, d’observer son comportement mécanique, et d’y mettre en place des expériences ; elle a en effet été équipée de 40 forages horizontaux, verticaux ou déviés, d’une longueur de 10 à 15 m chacun, pour y installer des instruments de mesure et d’expérimentation ;

44 Recherches à Bure, suite les expériences mises en œuvre dans cette niche ont débuté fin janvier 2005, et visent à : (i) reconnaître le comportement mécanique de la roche dans le temps, en particulier lors de la prolongation du fonçage du puits principal ; (ii) recueillir des fluides au sein de la roche cible (en cours) ; (iii) lancer une expérience de migration de solutés par diffusion au sein de la roche cible (en cours), qui permettra d’estimer in situ les coefficients de diffusion de divers solutés ainsi que certains coefficients de rétention par la roche ; lancement en mars 2005 d’une seconde expérience de migration de solutés par diffusion dans la roche in situ, à partir d’un forage fait depuis la surface ; cette opération techniquement très difficile, est une « première mondiale » qui doit être saluée et dont les résultats seront très importants pour conforter ceux obtenus à partir de la « niche » ou de la galerie du fond ;

45 Recherches à Bure, suite creusement d’autres galeries expérimentales à la profondeur de 490 m à partir du puits auxiliaire, c'est-à-dire à peu près au milieu de la couche cible, ce creusement, actuellement en cours, devrait être achevé au plus tard en décembre 2005, il permettra de poursuivre l’observation directe de la roche, sur une longueur de galerie cumulée de 200 m; de plus, les expériences supplémentaires suivantes y seront mises en place : (i) caractérisation et tentative d’interruption de la zone endommagée de la roche entourant la galerie, du fait de l’excavation ; cette zone, appelée communément l’EDZ (Excavation Disturbed Zone, en Anglais), joue un rôle fondamental dans le comportement d’un éventuel stockage en formation géologique ; (ii) poursuite de la caractérisation mécanique à long terme de la roche cible ; (iii) mesures in situ de la conductivité thermique de la roche ; (iv) échantillonnage des eaux interstitielles de la roche, mesures de la perméabilité ; (v) nouvelles expériences de diffusion in situ.

46 Géologie Coupe Est-Ouest du Bassin de Paris

47

48

49 Concepts de Stockage

50 Installations d’un stockage Installations de surface (installations nucléaires, bâtiments techniques et administratifs, verse)  examen des principes sur la base du retour d’expérience industriel existant Ouvrages de liaison jour / fond  étude de la conception (dimensionnement, équipement, réalisation) Installations souterraines (zone d’accueil fonds, galeries de liaison, zones de stockage)  étude de la conception (dimensionnement, équipement, construction) et de l’exploitation

51 Surface : les installations nucléaires Installation d’accueil des colis primaires = réception des emballages de transport et déchargement des colis primaires Bâtiments d’entreposage = capacité tampon afin de réguler en entrée les flux à stocker Ateliers de conditionnement = conditionnement des colis primaires en colis de stockage (B, C et CU)  préfabrication est privilégiée et les opérations en cellule sont limitées au maximum (mise en place des colis primaires dans les colis de stockage, fermeture des colis de stockage)

52 Fond : organisation des architectures souterraines Architecture horizontale et positionnement au milieu de la formation Un fractionnement du stockage - séparation des zones de stockage des différents déchets (B, C, CU) afin de limiter les interactions (environ 250 mètres entre chaque zone). - organisation en modules indépendants (distance de garde de l’ordre de 50 mètres) afin de permettre une progressivité de la construction, une flexibilité de la gestion du stockage Architecture borgne aux différentes échelles(zones, modules, alvéoles) et regroupement des accès

53 Les ouvrages de liaison jour / fond Quatre puits pour quatre fonctions distinctes: -puits de descente des colis (cage de capacité 110 tonnes) ; -puits de descente du personnel, pouvant aussi assurer le transport de petit matériel - puits d’entrée d’air ; - puits de service - cage capacité de 40 t (déblais, gros équipements, matériaux ). Fonction de puits de secours pour le personnel et l’entrée de l’air ; - puits de ventilation pour le retour d’air, avec flux séparés (zones à activités minières et désenfumage en cas de situation accidentelle, zones nucléarisées avec filtration. Les diamètres utiles des puits sont d’environ 6 à 12 mètres, correspondant à des diamètres classiques d’installations minières. L’équipement des puits est de type cage, contrepoids et poulie à friction «Koepe » largement éprouvé dans le monde minier et ayant démontré sa fiabilité.

54 Une descenderie étudiée en variante -Une descenderie présente l’avantage d’une plus grande souplesse d’utilisation car ne nécessite par de rupture de charge et est moins techniquement contraignante. -Toutefois les flux qu’il est possible de transporter sont généralement plus faibles (durée de descente/remontée supérieure et capacité plus faible). -Possible au regard des caractéristiques du site : terrains de recouvrement peu aquifères et de bonnes propriétés mécaniques, profondeur de 500 mètres plutôt élévée mais pas sans précédent. ÄDescenderie peut être intéressante pour la fonction de « service » et la fonction de « transport des colis » ÄA ce stade, la descenderie n’est pas retenue en référence mais est considérée comme une variante possible.

55 Fond : réseau de galeries -séparation des activités de construction et des activités d’exploitation nucléaire : galeries dédiées au flux pour la construction, d’autres pour le transport des colis de déchets. -ventilation des ouvrages souterrains : alimentation en « air frais » par les galeries en pleine section et retour d’air soit par des gaines prévues à cet effet dans les galeries soit par des galeries dédiées. ÄA ce stade des études le réseau comprend 4 à 5 galeries pour le stockage des déchets B et C (1 pour le retour d’air si besoin, 1 à 2 pour le transfert des colis, 2 à 3 pour les activités minières). Deux galeries complémentaires pourraient être nécessaires pour le stockage des CU ÄLa diamètre excavé des galeries est de l’ordre de 7 mètres

56 Fond : alvéoles de stockage Alvéoles de déchets B = tunnels horizontaux de 250 mètres de long et de diamètre 10 à 11 mètres. Les colis de stockage sont empilés sur plusieurs niveaux. Alvéoles de déchets C = tunnels horizontaux sans barrière ouvragée (diamètre excavé de 0,70 mètre) de longueur environ 40 mètres ; variante avec barrière ouvragée. Alvéole de combustibles usés = tunnels horizontaux avec barrière ouvragée (diamètre excavé d’environ 3 mètres) de longueur environ 40 mètres.

57 Emprises souterraines -Emprises résultent de la prise en compte des critères de dimensionnement géotechniques, thermiques et des distances de garde retenues entre modules -Durées d’entreposage préalables considérées - 60 ans pour les C1 et C2, 70 ans pour les C3 et C4, - 60 ans pour les CU1(UOX) et 90 ans pour les CU2 (MOX) Zone B 100 ha Zone C0 8 ha Zone C 500 ha Zone B 80 ha Zone C0 8 ha Zone C 140 ha Zone CU1 820 ha Zone CU2 350 ha Scénario S1a Scénario S2

58 Influence de la durée d’entreposage sur les emprises -Pour des durées d’entreposage inférieures à celles considérées, les emprises nécessaires augmentent très fortement. ÄPar exemple l’emprise nécessaire pour stocker les colis C1/C2 augmente de plus de 50% pour une durée d’entreposage préalable de 50 ans. -Au-delà de 150 ans d’entreposage l’effet sur l’emprise s’atténue fortement.

59 Coûts du stockage Données rares… Il existe un rapport de la Cour des Comptes, selon trois scénarios : –S1a : retraitement de tous les combustibles usés –S1b : retraitement des UOX et stockage des MOX –S2 : arrêt du retraitement en 2010 et stockage de tous les combustibles usés après cette date

60 Coûts du stockage, suite (en milliards d’Euros, valeur 2003) Chiffrage de 1996:14,704 Chiffrage de 1998:21,284 Chiffrage de 2003 : –Scénario S1a 15,946 à 24,332 –Scénario S1b25,237 à 41,435 –Scénario S234,670 à 58,035 Travail en cours à la DGEMP sur ce point

61 Autres Avis… CLIS de Bure : Relations cordiales avec la CNE jusqu’à il y a peu Incident d’octobre 2004 Etude IEER (Bureau d’études US) commanditée par le CLIS Pétition pour organiser un référendum local Etude OCDE commanditée par le Gouvernement Rapport de l’Office Parlementaire de Mars 2005 Rapport de la CNE fin juin 2005 Rapports finaux de l’Andra fin Juin 2005 Quid du second Laboratoire ? Mission de la Commission du Débat Public…d’ici décembre Rapport de la DGEMP, de la DGSNR… à venir Rapport complémentaire de la CNE début 2006 Projet de loi début 2006 Calendrier électoral 2006-2007….

62

63 Avis de l’OPECTS Privilégier la séparation-transmutation et poursuivre les recherches sur ce sujet Choisir l’option du stockage géologique (enfouissement) réversible Construire un entreposage de longue durée pour assurer une gestion sûre et centralisée des déchets permettant de disposer du temps nécessaire à la mise en place d’une solution définitive

64

65 Ben Cramer et Camille Saïsset « Le nucléaire ne se soucie pas du principe de l’inertie, pourtant à la base de la science moderne. De l’inertie qui va mettre les déchets en mouvement et un jour, faire remonter les radioéléments à la surface. Où là, ils se faufilleront dans les mécanismes vivants, irradiant au passage ceux qu’ils croiseront avec ce qui leur restera d’activité. »

66 Enquêtes Sociologiques Le public ne croit pas que la science soit capable de prévoir un comportement sur 1 million d’années… c’est présomptueux. La crainte d’un séisme, de création d’une faille nouvelle qui vienne libérer la radioactivité est forte. L’enfouissement est vu comme un abandon de nos responsabilités.

67 Suite des opérations… Si le Parlement décide de poursuivre la voie du stockage géologique, et si le site de Bure est retenu, il reste encore à faire : –Poursuite des essais dans le Laboratoire souterrain existant : essais de diffusion, essais thermo- mécaniques, devenir des gaz de corrosion, EDZ, perturbation géochmiques, ingénierie de la construction et de la manutention. –Reconnaissance et caractérisation de la zone potentielle de stockage, sur 20 km² à choisir parmi 200 km²; géophysique, sondages, nouveaux puits, galeries de reconnaissance ceinturant la zone choisie. –Dépôt et instruction par la DGSNR d’une demande de construction et d’exploitation d’un stockage.