À long terme, c'est la géologie qui décide

Aujourd'hui, les déchets radioactifs de haute activité de Suisse se trouvent à Würenlingen, dans le canton d'Aargau. Ils y sont stockés dans de grands conteneurs massifs, jusqu'au moment où leur mise en dépôt dans le dépôt en couches géologiques profondes pourra commencer. Lorsque ce stade sera atteint, les déchets seront retirés des conteneurs de stockage, réemballés dans des conteneurs de stockage finaux plus petits et transportés vers le dépôt en profondeur dans des conteneurs de transport. À partir de l'installation de surface située à Stadel, dans le sous-canton zurichois, les déchets atteindront alors le dépôt en profondeur. Et c'est uniquement là-bas, à presque 900 mètres de profondeur, que les conteneurs de stockage finaux seront retirés et mis en dépôt.

Le long de l'ensemble du tracé, c'est-à-dire depuis le stockage intermédiaire jusqu'aux galeries du dépôt en profondeur, tous ces conteneurs jouent un rôle important. Grâce à eux, les déchets sont si bien emballés que la protection de l'homme et de l'environnement est assurée même en cas d'événements tels qu'un incendie ou un accident de circulation. De plus, les conteneurs en acier épais atténuent une partie des rayonnements.

Il existe un grand vide

La mise en conteneur sûr des déchets radioactifs est centrale pour leur stockage dans le centre de stockage intermédiaire, leur transport et les travaux d'entreposage dans le dépôt en profondeur. Il s'agit ici de la sûreté d'exploitation. Lorsque les déchets sont stockés dans les galeries closes du dépôt en profondeur, il s'agit de la sûreté à long terme. Quel rôle jouent les conteneurs de stockage dans cette longue période ?

Vraisemblablement, les conteneurs seront construits en acier. Une directive stipule qu'ils doivent rester étanches pendant au moins 1000 ans. Ils doivent ainsi enfermer complètement tous les particules radioactives – les radionuclides – pendant cette période. Les conteneurs ne doivent donc pas être rouillés jusqu'à ce délai.

Doch suffisent-elles ces 1000 ans pour assurer la sûreté à long terme du dépôt en profondeur ? La Nagra doit démontrer que le dépôt en profondeur protège l'homme et l'environnement contre les rayonnements pendant jusqu'à un million d'années. 1000 ans ici, des centaines de milliers là-bas : il y a là une grande lacune qui nécessite des explications.

La Nagra suppose que le conteneur de stockage en acier serait capable de rester étanche bien plus longtemps que les 1000 ans requis. De plus, cette durée pourrait être encore augmentée en utilisant, par exemple, des matériaux tels que le cuivre, la céramique ou le titane. En ce qui concerne l'aspect exact de la conception du conteneur, celle-ci est délibérément laissée ouverte pour l'instant.

Car il s'écoulera encore plusieurs décennies avant le stockage des déchets. Et durant cette période, on peut anticiper d'autres progrès, notamment dans le domaine des matériaux. Si l'on fixait dès maintenant l'apparence exacte des conteneurs de stockage, ces progrès techniques et scientifiques futurs ne pourraient plus être pris en compte ni utilisés. Cependant, les optimisations des conteneurs de stockage n'ont pas pour objectif d'augmenter la durée requise de 1000 ans jusqu'à un million d'années – car cela n'apporterait aucun gain en termes de sûreté.

Sont 1000 ans beaucoup ou peu ?

Lorsqu’on compare de tels délais, il faut tenir compte de la durée de demi-vie des radionuclides. Le temps qui s’écoule atténue progressivement le problème des rayonnements. À la différence des substances chimiques éternelles, les substances radioactives se transforment lentement en substances inoffensives.

Le phénomène physique derrière cette transformation est le déclin radioactif, qui se produit à des vitesses différentes selon la nature de l'élément radioactif concerné. Le césium-137, par exemple, a une demi-vie d'environ 30 ans. Cela signifie que, après 30 ans, la moitié de l'activité radioactive reste encore présente, tandis que l'autre moitié a été transformée en un autre élément par désintégration.

Les demi-vies d'autres éléments radioactifs s'étendent de quelques secondes, en passant par les semaines, jusqu'à des dizaines de milliers d'années. Elles se désintègrent donc à des vitesses différentes.

Si l'on considère la somme des rayonnements émanant du contenu d'un conteneur de stockage, il apparaît clairement que les mille ans requis sont bien faibles par rapport à un million d'années. Cependant, durant cette millième partie de temps, au cours de laquelle le conteneur doit entièrement enfermer les déchets hautement radioactifs, 90 % des substances radioactives se désintègrent.

Une barrière succède à l'autre

Il s'agit donc encore des dix pour cent restants de rayonnements. Ceux-ci sont tenaces, car ils possèdent en effet des demi-vies beaucoup plus longues, on les appelle des déchets à très longue durée de vie. Comme ils survivront aux conteneurs de stockage, il faudra dans le dépôt en profondeur des barrières supplémentaires de sûreté. Ces barrières s'entrecroisent mutuellement et assurent, dans leur ensemble, la sûreté à long terme du dépôt.

C’est pourquoi l’ensemble est désigné comme un concept de multiples barrières. Le conteneur de stockage fait partie de ces barrières, qui s’opposent à la dispersion des particules radioactives. Et dès le conteneur, il y a une autre barrière : les radionuclides ne sont pas sous forme liquide, mais fixés et enfermés dans un état solide. Ainsi, dans les assemblages combustibles usagés, le matériau radioactif est fixé dans des pastilles cylindriques et entouré de tubes métalliques. Les déchets de faible et moyenne activité sont également fixés dans une masse solide telle que du verre ou du ciment, puis emballés dans des conteneurs en béton épais et stockés.

Après 1000 ans, 10 000 ans ou même plus tard : un jour, le conteneur de stockage ne sera plus étanche. Le fait qu’il soit un jour rouillé est une hypothèse de base dans la planification du dépôt en profondeur. Si alors des radionucléides s’échappent du conteneur non plus étanche, ils rencontrent la prochaine barrière : le matériau de comblement. Ce matériau remplit et ferme l’espace vide entre les conteneurs et la paroi de la galerie. Il sera composé de bentonite ou d’un autre matériau argileux qui retient davantage de radionucléides. Enfin, les accès au dépôt en profondeur seront également comblés et scellés – une autre barrière.

Une course d'obstacles contre les demi-vies

Certaines particules radioactives traverseront les cavités remplies, heurteront les parois des galeries de stockage et rencontreront ainsi la barrière de sécurité déterminante : l'Opalinuston. La roche argileuse, dans laquelle le dépôt en profondeur est construit, constitue sans conteste l'obstacle le plus important à la dispersion des substances radioactives. Au-dessus et en dessous des galeries de stockage, cette couche rocheuse a une épaisseur d'environ 50 mètres. Ensuite, il existe d'autres couches argileuses qui apportent un supplément au confinement des particules radioactives.

Als cœur du dépôt en profondeur, la Nagra et d'autres organisations de recherche examinent depuis des décennies l'argile à Opalinus. La question centrale est la suivante : Comment se déplacent les différents types de radionucléides dans cette roche argileuse ?

Sa place centrale dans le concept des barrières multiples s'explique par trois propriétés de l'Opalinuston. D'une part, il est pratiquement imperméable à l'eau et aux gaz. D'autre part, il referme les fissures apparues dans le rocher. Enfin, certains radionuclides restent pratiquement collés à sa surface, ce qui freine supplémentairement leur dispersion. Afin de tenir compte même du cas le plus défavorable, la Nagra a fondé ses calculs sur des scénarios de cas extrêmes.

Toutes ces barrières peuvent être imaginées comme des obstacles placés les uns après les autres. Les radionuclides, avec leurs différentes demi-vies, sont comme des coureurs dans une course contre la montre. Ils se déplacent, bien que très lentement, à travers les différents matériaux. Cela se produit par un phénomène appelé diffusion. Ainsi, une substance s'étend de la concentration élevée vers celle plus faible.

Allerdings parviennent les « Läufer » à différents points, car leur condition physique diffère. Ainsi, beaucoup restent coincés dans le conteneur de stockage, où ils se désintègrent sans danger. D'autres parviennent plus loin, mais trébuent ensuite sur l'une des prochaines barrières. En bref : les barrières étalonnées ralentissent la propagation des radionuclides au cours de leur demi-vie.

La Nagra a intensivement étudié les différentes propriétés des radionuclides – les « coureurs » –. Ainsi, par exemple, des particules lourdes se déplacent plus lentement car elles doivent s'insinuer à travers les pores étroits de l'argile à Opalinus. D'autres radionuclides sont attirés par la roche argileuse et restent collés dessus, comme sur un aimant.

Ainsi, chaque « coureur » a sa propre vitesse. Combien de distance parcourt-il avant de se désintégrer ? Et que se passerait-il si le rocher se fissure, ouvrant ainsi des raccourcis possibles pour les radionuclides ? Ces questions sont importantes afin d'estimer la dose de rayonnement maximale pouvant pénétrer dans l'environnement à partir du dépôt en profondeur.

La nature dépasse la technique

La protection lors du transport, de l'entreposage et de l'enfermement total sur une durée d'au moins 1 000 ans : les conteneurs de stockage pour déchets hautement radioactifs sont importants – aussi bien pour la récupération obligatoire des déchets. Pour la sûreté à long terme du dépôt en couches géologiques profondes, ils ne sont cependant pas décisifs.

Comme le montrent les calculs de dose de la Nagra, il n'aurait aucun impact si ces conteneurs n'existaient pas. La couche épaisse et dense d'Opalinuston agit comme une barrière si efficace qu'à peine des substances radioactives pénètrent dans l'environnement, les valeurs limites étant dépassées de plusieurs ordres de grandeur – même sans conteneurs de stockage. La géologie naturelle est ainsi bien supérieure à toutes les barrières techniques de sûreté.