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Technical Report NTB 01-04

Calculations of the Temperature Evolution of a Repository for Spent Fuel, Vitrified High-Level Waste and Intermediate Level Waste in Opalinus Clay

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  • version papier, anglais
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L'évolution du dégagement thermique joue un rôle important dans l'évaluation d'un site destiné au stockage de déchets radioactifs. En effet, des températures élevées affectent de nombreux processus qui gouvernent le comportement du système de barrières ouvragées et celui de la roche d'accueil. Cette étude concerne l'évolution thermique d'un site de stockage pour combustible irradié et déchets de haute (DHA) et de moyenne activité (DMA). On suppose que le site est situé à une profondeur de 650 m dans la formation d'argiles à Opalinus du nord de la Suisse. Le système d'entreposage est composé de combustible irradié et de DHA, conditionnés dans des conteneurs en acier, eux-mêmes placés dans des galeries horizontales. De la bentonite est utilisée pour combler l'espace existant entre les colis et la roche environnante. Les galeries contenant les déchets sont espacées de 40 m. Les conteneurs en béton pour DMA sont placés dans des galeries séparées, l'espace entre les conteneurs étant rempli à l'aide d'un mortier de ciment.

Le dégagement thermique initial et sa diminution progressive due à la décroissance radioactive sont dépendants de la nature des déchets. Dans le cas du combustible irradié, certains colis ne renferment que du combustible UO2, tandis que d'autres contiennent à la fois du combustible UO2 et MOX (Mixed Oxide). Le dégagement thermique initial des deux types de colis est limité à 1500 W/conteneur, mais décroît plus lentement pour les colis UO2/MOX, en raison de la présence de Pu en quantités plus importantes. Pour les conteneurs de DHA, le dégagement thermique initial est d'environ 700 W et décroît plus rapidement que dans le cas du combustible irradié, à cause de la faible quantité d'actinides présents dans les DHA.

L'évolution thermique du système de barrières ouvragées et de la roche environnante a été simulée par le biais d'un modèle à éléments finis, en faisant appel à des données de référence pour les propriétés thermiques du combustible irradié, des DHA, de la bentonite utilisée pour le remplissage et des argiles à Opalinus. Les résultats montrent que, tant pour les DHA que pour le combustible irradié, la température à la surface des conteneurs atteint une valeur maximum d'environ 150°C quelques années après leur mise en place, en précisant que la température des colis de DHA décroît beaucoup plus rapidement que celle des conteneurs de combustible irradié. La température de la bentonite est en rapport étroit avec la teneur en eau qui lui est attribuée. Si l'on suppose que l'afflux d'eau en provenance de la couche d'argile à Opalinus, peu perméable, sera faible, le taux de conductivité thermique de la bentonite sera bas et la température mesurée à égale distance du colis de combustible irradié et du point de contact entre la bentonite et la roche d'accueil atteindra un maximum d'environ 110°C. Pour les colis de DHA, le point situé au centre du remplissage de bentonite ne dépassera pas 100°C. Les températures de la roche d'accueil restent inférieures à environ 90°C dans tous les cas. Dans l'éventualité, peu probable, d'un afflux d'eau plus rapide en provenance de l'argile à Opalinus, la conductivité thermique de la bentonite augmentera de façon notoire et les températures au point de contact conteneur/bentonite et dans la bentonite elle-même baisseront sensiblement.

Dans le cas des galeries contenant les DMA, un modèle à éléments frontières a été utilisé pour calculer l'évolution thermique, prenant en considération la chaleur générée par l'hydratation du béton et la décroissance radioactive. La température maximum atteinte à l'intérieur du système de barrières ouvragées est d'environ 50°C, c'est-à-dire qu'elle est supérieure d'environ 12°C à la température régnant normalement dans les argiles à Opalinus à une profondeur de 650 m.

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