R413.7 Modélisation des processus thermo-hydro-mécano-chimiques dans les roches et les ouvrages de scellement pour l’élimination des déchets radioactifs en formations géologiques profondes

1.0	Contexte
Deux initiatives visant l’élimination des déchets radioactifs dans des formations géologiques profondes [1, 2] sont actuellement proposées pour le Canada. Elles sont étudiées et évaluées par la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN). Pour ces deux initiatives, on se propose d’utiliser la roche hôte environnante et des barrières artificielles pour confiner les déchets et les isoler de la biosphère pour des centaines de milliers, voire des millions d’années. La réussite de ces deux projets dépend en grande partie du rendement à long terme de ces barrières. Le personnel de la CCSN doit obtenir et actualiser des connaissances scientifiques indépendantes pour étayer les décisions relatives à la délivrance des permis et diffuser des informations objectives aux parties intéressées.

Un programme coordonné d’évaluation et de recherche (PCER) est actuellement financé par le Programme de recherche et de soutien afin d’examiner le rendement à long terme des barrières géologiques et des barrières artificielles. Dans le cadre du PCER, la CCSN collabore avec différentes organisations canadiennes et internationales afin d’obtenir des données expérimentales sur les processus thermo-hydro-mécano-chimiques (THMC) pour les deux types de barrières. La compréhension de ces processus couplés est importante, car elle permet d’évaluer le rendement à long terme des barrières et leurs répercussions sur la sûreté à long terme du dépôt. Les expériences sont réalisées soit en laboratoire, soit à plus grande échelle, dans des installations de recherche souterraines en Europe. La CCSN a accès à ces données dans le cadre d’ententes de collaboration avec des organisations internationales. La mise au point de modèles mathématiques afin d’interpréter les données expérimentales est une étape cruciale pour comprendre les processus THMC couplés. Ce projet vise à élaborer ces modèles de manière progressive :

1.	Les modèles basés sur les meilleures informations disponibles seront utilisés pour réaliser des calculs permettant de définir les paramètres d’un dépôt en formations géologiques profondes (DFGP) pour les déchets de faible et moyenne activité (FMA), proposé dans des formations de roche sédimentaire du bassin de Michigan, afin de relever les principaux problèmes qui pourraient en affecter l’évolution à long terme. Le modèle évaluera la stabilité des puits et des galeries, la création de dommages par l’excavation autour des puits et des galeries, ainsi que la réponse hydromécanique (HM) de la masse rocheuse à l’excavation. Ce modèle permettra également d’évaluer les interactions à long terme des ouvrages de scellement en bentonite avec les formations rocheuses. La page http://www.nwmo.ca/dgrsubmission?language=fr_FR& présente de l’information de fond au sujet du DFGP.

2.	Pour raffiner le modèle, on l’utilisera dans des expériences en laboratoire et in situ dans le cadre de projets internationaux et de travaux expérimentaux réalisés par la CCSN.

3.	Une analyse finale sera réalisée pour le DFGP pour les déchets FMA.

2.0	Objectif
Mieux comprendre les processus THMC couplés dans les matériaux composant les ouvrages de scellement en bentonite et les roches sédimentaires, afin d’évaluer les conséquences de ces processus sur la sûreté à long terme des DFGP.

3.0	Portée du travail
Mettre au point des modèles mathématiques afin d’interpréter les processus THMC couplés dans des expériences réalisées en laboratoire et in situ sur des matériaux composant les ouvrages de scellement en bentonite et les roches sédimentaires. À cette fin, on emploiera comme outil le logiciel de modélisation par éléments finis COMSOL Multiphysics, disponible auprès de la CCSN.

 
4.0	Tâches à exécuter

4.1	Réaliser des calculs HM permettant de définir les paramètres d’un DFGP dans des roches sédimentaires, et déterminer les principales caractéristiques de la roche hôte et des matériaux de scellement qui peuvent influer sur la sûreté. Ces calculs permettront d’évaluer la stabilité à long terme des salles de stockage et des puits sous les effets des travaux d’excavation, de la production de gaz, des séismes et d’une glaciation future. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.2	Réaliser des calculs THM afin de simuler les expériences HE-E réalisées à l’installation de recherche souterraine au mont Terri [3]. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.3	Simuler des essais triaxiaux réalisés en laboratoire sur l’argilite de Tournemire et le calcaire de Cobourg, en utilisant les données fournies par le personnel de la CCSN. Dans ces essais, le comportement contrainte-déformation d’échantillons cylindriques sera examiné. En outre, l’évolution des échantillons du point de vue de la perméabilité sera également examinée afin d’évaluer les effets des processus mécaniques sur la perméabilité. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.4	Élaborer des modèles à partir des expériences en laboratoire réalisées sur des dispositifs de scellement en bentonite/sable en utilisant des données fournies par la CCSN. La modélisation devra être réalisée selon les phases suivantes :

4.4.1	Modéliser les essais de caractérisation (caractéristiques de rétention de l’eau, potentiel de gonflement, etc.) réalisés avec de la saumure jouant le rôle d’eau interstitielle. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.4.2	Modéliser des essais sur « maquette » qui simulent un écart entre le matériau de scellement et la roche hôte. Pendant les essais sur maquette, on provoquera l’infiltration d’eau, suivie de gaz, dans l’ensemble, et on examinera l’évolution de l’humidité relative à des points saillants, ainsi que la pression de gonflement, les débits des gaz et l’évolution de la microstructure. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.4.3	On prévoit que des modèles à macroéchelle seront utilisés pour les tâches précédentes. En utilisant l’information microstructurale obtenue en laboratoire (p. ex., par diffraction de rayon X) fournie par la CCSN, l’entrepreneur mettra au point des modèles à microéchelle pour interpréter les données expérimentales et vérifier la validité des hypothèses utilisées dans les modèles à macroéchelle. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.5	Réaliser des calculs HM révisés d’un DFGP dans le bassin de Michigan en utilisant les connaissances obtenues grâce aux tâches 4.2 à 4.4. Les résultats doivent faire l’objet d’un rapport.

4.6	Rédiger une version provisoire du rapport final du projet.