Source : AIE L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS. 55 Mtoe = 640 TWh.

Présentation au sujet: "Source : AIE L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS. 55 Mtoe = 640 TWh."— Transcription de la présentation:

1 Source : AIE L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS

2 55 Mtoe = 640 TWh

3

4 Source : AIE L’ÉVOLUTION PRÉVUE

5

6 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

7 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 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 19801983 1986 19891992199519982001200420072010 2013 2016 2019 Déstockages HEU Production primaire Besoins Réacteurs Source: AREVA

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

9 Introduction99 Des objectifs ambitieux Doubler la production Devenir premier fournisseur mondial

10 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

11

12 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)

13 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

14 Le bassin d’Athabasca Géologie des gisements

15 McArthur River : méthode d’exploitation Amas Profondeur : ~530 m Tonnage : ~180 kt U 3 0 8 (12/2006) Teneur : 21 % Production (2004) : 8,4 kt U308 (~20 % du total)

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

17 Etape 1 : Foration du trou pilote Tricône

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

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

20 Cigar Lake : méthode d’exploitation Tonnage : ~100 kt U 3 0 8 Teneur : 20,7 % Production prévue : 8 kt U 3 0 8 /an Lentille Contact avec l’aquifère Profondeur : 465 m

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

22 Cigar Lake : historique  Début des années 1980 : reconnaissances.  89-90 : 1 er puits.  91-92 :1ers essais miniers.  Creusement du 2 e puits.  1999 : incident au niveau 465, perte du tunnelier.  Septembre 2006 : reprise du creusement.  Octobre 2006 : ennoyage.

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

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

25 La technique de congélation À McArthur River : murs de congélation

26 La technique de congélation

27 À Cigar Lake

28 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

29 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

30 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

31 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

32 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

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

34 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.

35 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

36 Les données disponibles Parmi plusieurs sources on en retient 2 : 1 par mine.  Cigar Lake : étude de Golder en 2000.  McArthur River : mémoire de Master de T. Smith en 2005

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

38 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

39 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.

40 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.

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

42

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

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

45

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

47 Données : McArthur River Fissure dans le béton projeté.

48 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

49 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)

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

51 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.

52 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)

53 Golder (2000)

54 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)

55 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

56 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.

57 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

58 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

59 Principe général : thermique

60 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.

61 Principe général : mécanique U V

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

63 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

64 Cas réel : McArthur River Coupe B

65 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

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

67 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

68 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

69 Cas cylindrique et plan Valeurs retenues

70 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

71 Cas réel de McArthur River TH-20

72 Cas réel de McArthur River

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

74 T : Influence et choix de α 18 m

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

76 Calcul mécanique Poussée du mur de congélation α = 27

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

78 Calcul mécanique α = 27

79 Déplacement : M903-02 1 m Aucune cohérence

80 Déplacement : M903-02 2 m Allure comparable

81 Déplacement : M903-02 5 m  l’écart d’amplitude diminue encore.  L’allure présente des similitudes, mais sans certitude  Tendance générale ?

82 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

83 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.

84 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…

85 Questions ?

86 Demi-convergence dans le cas axisymétrique : galerie + forage

87 Déplacement vertical pour M903-04

88 Déplacement vertical pour M903-09

89 Données : McArthur River

90

91