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Technischer Bericht NTB 14-03

SGT Etappe 2: Vorschlag weiter zu untersuchender geologischer Standortgebiete mit zugehörigen Standortarealen für die Oberflächenanlage Charakteristische Dosisintervalle und Unterlagen zur Bewertung der Barrierensysteme

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A. Généralités

La procédure de sélection des sites appelés à accueillir les futurs dépôts en couches géologiques profondes destinés à toutes les catégories de déchets en Suisse est définie dans la conception générale du plan sectoriel « Dépôts en couches géologiques profondes » (BFE 2008). La sélection se déroule en trois étapes successives aboutissant à une procédure d'autorisation générale pour chaque type de dépôt (déchets de faible et moyenne activité, DFMA et déchets de haute activité, DHA); à ce stade, le site sera défini et l'architecture du dépôt esquissée dans ses grandes lignes. Au cours de l'étape 1 du plan sectoriel, la Nagra a proposé des domaines d'implantation géologiques, en se fondant sur des critères de sûreté et de faisabilité technique. Ces propositions ont été validées par le Conseil fédéral le 30 novembre 2011, puis inscrites dans le plan sectoriel.

Pour la réalisation des analyses de sûreté provisoires et la comparaison des domaines d'implantation du point de vue de la sûreté, lesquelles font l'objet l'étape 2 du plan sectoriel, l'Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) a fixé une série de modalités, qui concernent notamment les calculs de dose à effectuer. L'IFSN a ainsi arrêté une «procédure standardisée de variation des paramètres» selon laquelle, pour chaque type de dépôt et chaque domaine d'implantation, un certain nombre de calculs de dose doivent être réalisés (cas de référence, alternatives). Les résultats doivent ensuite servir à déterminer ce qu'on dénomme des «intervalles de dose caractéristiques». Ces derniers vont permettre d'évaluer les domaines d'implantation du point de vue de la sûreté. Dans cette perspective, l'IFSN a défini des critères permettant de vérifier si un domaine est approprié et dans quelle mesure les domaines sont équivalents entre eux du point de vue de la sûreté.

Le présent rapport documente les calculs de dose effectués par la Nagra et les intervalles de dose caractéristiques qui en ont été dérivés. Par ailleurs, pour chacun des domaines d'implantation, on a évalué du point de vue quantitatif l'efficacité du système de barrières des dépôts DFMA et DHA et envisagé son évolution à long terme en tenant compte des effets induits par le dépôt lui-même. Les résultats du présent rapport constituent une contribution importante au rapport général qui présente la comparaison des domaines d'implantation du point de vue de la sûreté et les propositions concernant les domaines à examiner plus en détail dans le cadre de l'étape 3 (désigné ci-dessous comme « rapport principal »).

Dans le cas des domaines d'implantation envisagés pour le dépôt DFMA et comprenant deux roches d'accueil1, il est nécessaire, afin d'exploiter au mieux le potentiel de ces domaines, de faire porter l'évaluation sur la roche d'accueil dite prioritaire. Dans un premier temps, il convient par conséquent de déterminer celle-ci, en appliquant la même méthodologie que celle utilisée pour affiner la sélection des domaines d'implantation géologiques.

Dans les domaines d'implantation comportant deux roches d'accueil, on a donc commencé par déterminer les intervalles de dose caractéristiques et évaluer l'efficacité des systèmes de barrières séparément pour chacune des roches, en partant de l'hypothèse que l'ensemble de l'inventaire serait stocké dans l'une ou l'autre roche. Ces résultats (intermédiaires) constituent une contribution essentielle au rapport principal.

Dans un second temps2, on a calculé les intervalles de dose caractéristiques et évalué l'efficacité du système de barrières pour les dépôts DFMA et DHA dans chacun des périmètres de dépôt déterminés dans le rapport principal. Dans le cas des domaines d'implantation pour dépôt DFMA comportant deux roches d'accueil, les calculs ont porté sur la roche prioritaire déterminée au préalable.

Les calculs de doses qui ont permis de déterminer les intervalles de dose caractéristiques et d'évaluer l'efficacité des systèmes de barrières ont porté sur le transfert des radionucléides en solution dans l'eau interstitielle: partant du dépôt en profondeur, les radionucléides traversent la roche d'accueil et les roches encaissantes, puis, en se basant sur une hypothèse pessimiste, ils parviennent directement (c.-à-d. sans qu'intervienne un autre mécanisme de rétention) dans la biosphère. Des analyses de système effectuées par ailleurs ont montré qu'un dépôt à l'architecture bien conçue avait un impact minimal sur les barrières de sûreté; c'est pourquoi les effets induits par le dépôt n'ont pas été pris en compte de manière explicite dans les calculs de dose.

B. Analyses conduisant à l'identification des roches d'accueil prioritaires pour le dépôt DFMA

Intervalles de dose caractéristiques
Les résultats des calculs de dose – qui ont porté, conformément aux exigences, en grande partie sur des variantes pessimistes – montrent que, considérant les intervalles de dose caractéristiques, toutes les roches d'accueil envisagées jusqu'ici pour les dépôts DFMA sont appropriées et peuvent être jugées équivalentes du point de vue de la sûreté. Néanmoins, il existe des différences entre ces roches, lesquelles ressortent aussi des calculs de dose. Si l'on compare les résultats du «Dogger brun» et ceux de l'Argile à Opalinus pour les domaines d'implantation Zürich Nordost et Nördlich Lägern, on constate que la limite supérieure des intervalles de dose caractéristiques est nettement plus élevée dans le cas du «Dogger brun» que pour l'Argile à Opalinus. Cette différence provient du fait que la distance de transport des radionucléides dans la roche d'accueil est ici nettement plus courte par comparaison à l'Argile à Opalinus. Dans le cas du domaine d'implantation Jura-Südfuss (couches d'Effingen et Argile à Opalinus), la limite supérieure de l'intervalle de dose caractéristique est nettement plus élevée pour les couches d'Effingen que pour l'Argile à Opalinus. Cette différence est là aussi due à la distance de transport beaucoup plus courte par comparaison à l'Argile à Opalinus. Dans les trois domaines d'implantation comportant deux roches d'accueil potentielles, l'Argile à Opalinus présente donc de nets avantages par rapport aux autres roches.

Evaluation de l'efficacité du système de barrières
Dans les domaines d'implantation pour DFMA comprenant deux roches d'accueil potentielles, on présente le fonctionnement détaillé du système de barrières pour chacune des roches, puis on quantifie la fonction de confinement à l'aide des flux de radionucléides entre les éléments de ce système. La comparaison des résultats pour les roches d'accueil pour dépôt DFMA «Dogger brun» et Argile à Opalinus dans les domaines Zürich Nordost et Nördlich Lägern révèle que, du point de vue du relâchement à partir du champ proche, les deux roches assument leur fonction de barrière de manière pratiquement identique dans les deux domaines; s'agissant du relâchement à partir des roches encaissantes, le «Dogger brun» assure un confinement bien inférieur à l'Argile à Opalinus. Le résultat est similaire pour les roches d'accueil retenues dans la région Jura Südfuss, avec les couches d'Effingen et l'Argile à Opalinus. Si les deux formations présentent des propriétés pratiquement identiques s'agissant du relâchement à partir du champ proche, les couches d'Effingen sont moins efficaces que l'Argile à Opalinus pour le relâchement à partir des roches encaissantes.

Les résultats de la comparaison des différentes roches d'accueil du point de vue de la sûreté, qui sont documentés dans le rapport principal, confirment les résultats des analyses présentées ici: l'Argile à Opalinus est la roche d'accueil prioritaire dans les trois domaines d'implantation DFMA comportant deux formations possibles.

C. Analyses concernant les domaines d'implantation pour dépôts DFMA et DHA

Intervalles de dose caractéristiques
Les résultats des calculs – qui ont porté, conformément aux exigences, en grande partie sur des variantes pessimistes – montrent que, considérant les intervalles de dose caractéristiques, tous les domaines d'implantation géologiques sont appropriés et peuvent être jugés équivalents du point de vue de la sûreté. Il existe néanmoins des différences entre les domaines, qui ressortent aussi des calculs de dose et des limites supérieures des intervalles de dose caractéristiques.

Domaines d'implantation DFMA: dans le cas du domaine d'implantation Südranden, la situation de référence part de l'hypothèse que les roches encaissantes situées au-dessus de l'Argile à Opalinus n'assument pas de fonction de barrière: du fait de la profondeur relativement faible du dépôt, une décompaction de ces roches est en effet possible. Il s'ensuit que, en direction de la surface, la distance de transport utilisée dans les calculs de dose est limitée au parcours dans l'Argile à Opalinus. Vers le bas, la distance de transport est déterminée par le parcours dans l'Argile à Opalinus et le Lias argileux, avec un relâchement dans la biosphère supposé par les « Calcaires à Arietites ». Au contraire, dans les domaines Zürich Nordost et Nördlich Lägern, la distance de transport déterminante (c'est-à-dire le cheminement le plus court) est plus longue, car les roches encaissantes aussi bien supérieures qu'inférieures assurent un confinement efficace. Dans le domaine d'implantation Jura Ost, selon la situation de référence, le cheminement le plus court, et par conséquent déterminant, est dirigé vers le haut; le relâchement dans la biosphère s'effectuera par le biais des Séries sablo-calcaires situées directement au-dessus de l'Argile à Opalinus. Vers le bas, la distance de transport est déterminée par le parcours dans l'Argile à Opalinus et le Lias argileux; le relâchement dans la biosphère s'effectuera par le biais des « Calcaires à Arietites ». Dans le cas du domaine d'implantation Jura-Südfuss, la situation de référence part de l'hypothèse que seule l'Argile à Opalinus assurera un confinement efficace et que le relâchement dans la biosphère s'effectuera par le biais soit des Séries sablo-calcaires situées directement au-dessus de l'Argile à Opalinus, soit du Lias calcaire situé directement en dessous de l'Argile à Opalinus. Ceci explique les différences dans les limites supérieures des intervalles de dose caractéristiques pour les domaines d'implantation du nord de la Suisse (c.-à-d. des limites supérieures légèrement plus élevées pour les domaines Südranden, Jura Ost et, dans une mesure un peu moindre, Jura-Südfuss que pour Zürich Nordost et Nördlich Lägern). Le cas du domaine du Wellenberg se présente différemment: la situation de référence part ici d'une distance de transport minimale dans la roche d'accueil, soit 100 m; la limite supérieure de l'intervalle de dose caractéristique, qui se situe juste en dessous de 0,01 mSv/a, a été déterminée par le calcul posant l'hypothèse d'un afflux d'eau élevé dans la roche d'accueil. En raison des incertitudes (irréductibles) liées à ce scénario, la valeur utilisée pour quantifier l'afflux d'eau est nettement supérieure à celle que l'on emploie pour l'Argile à Opalinus. Le calcul effectué pour illustrer les conséquences de l'érosion (formation d'un sillon d'écoulement fluvio-glaciaire) dans le domaine d'implantation Südranden a fourni une dose maximale qui se situe en dessous de la limite supérieure de l'intervalle de dose caractéristique.

Domaines d'implantation DHA: la situation de référence pour les domaines d'implantation Zürich Nordost et Nördlich Lägern part de l'hypothèse que les roches encaissantes supérieures et inférieures assument une fonction de barrière. La distance de transport déterminante (c'est-à-dire le cheminement le plus court) est définie par le parcours dans l'Argile à Opalinus et le Lias argileux, avec un relâchement supposé dans la biosphère par le biais des « Calcaires à Arietites ». Dans le domaine d'implantation Jura Ost, selon la situation de référence, le cheminement le plus court, et par conséquent déterminant, est dirigé vers le haut; le relâchement dans la biosphère s'effectuera par le biais des Séries sablo-calcaires situées directement au-dessus de l'Argile à Opalinus. Vers le bas, la distance de transport est déterminée par le parcours dans l'Argile à Opalinus et le Lias argileux; le relâchement dans la biosphère s'effectuera par le biais des Calcaires à Arietites. Ces différences sont reflétées dans les intervalles de dose caractéristiques pour les domaines d'implantation pour DHA: ceux de Zürich Nordost et Nördlich Lägern sont très proches l'un de l'autre; pour Jura Ost, l'intervalle de dose caractéristique est légèrement supérieur par rapport aux deux autres domaines du fait que la distance de transport déterminante est un peu plus courte. Les calculs effectués pour illustrer les conséquences de l'érosion (formation d'un sillon d'écoulement fluvio-glaciaire) dans le domaine Jura Ost ont fourni une dose maximale située nettement en dessous (cas de départ), voire légèrement au-dessus (variante pessimiste) de la limite supérieure de l'intervalle de dose caractéristique. A noter que la dose maximale calculée pour la variante pessimiste est nettement inférieure à 0,01 mSv/a.

Evaluation de l'efficacité des systèmes de barrières
Pour les dépôts DFMA et DHA et pour chacun des domaines d'implantation, on présente le fonctionnement détaillé du système de barrières, puis on quantifie la fonction de confinement à l'aide des flux de radionucléides entre les éléments de ce système, ce qui fournit les résultats suivants:

Domaines d'implantation DFMA: la quantification de la capacité de confinement à l'aide des flux de radionucléides entre les éléments du système de barrières montre que, concernant le relâchement à partir du champ proche, le domaine du Wellenberg présente un léger avantage par rapport aux domaines du nord de la Suisse; mais pour ce qui est du relâchement pertinent pour la sûreté à partir de la géosphère, le domaine du Wellenberg présente de nets désavantages par rapport aux domaines délimités en Suisse septentrionale. Ceci s'explique par le fait qu'au Wellenberg (où les marnes font fonction de roche d'accueil), contrairement aux domaines d'implantation pour dépôts DFMA du nord de la Suisse (où l'Argile à Opalinus fait fonction de roche d'accueil), il ne peut pas être exclu que le transport des radionucléides dans la géosphère s'effectue aussi le long des failles, ce qui aurait un impact négatif sur la capacité de confinement des barrières géologiques.

Domaines d'implantation DHA: les trois domaines d'implantation retenus pour les dépôts DHA se révèlent pratiquement équivalents pour ce qui est de la capacité de confinement.

 

D. Données géologiques spécifiques à chacun des domaines et importantes pour l'analyse de sûreté : Remarques concernant l'étape 3
L'analyse des résultats obtenus pour les deux types de dépôt (DMFA et DHA) dans les domaines d'implantation retenus dans le rapport principal pour un examen approfondi montre que, parmi l'ensemble des données géologiques spécifiques à chacun des domaines, les plus importantes pour l'étape 3 concernent la géométrie et la qualité de la roche d'accueil et des roches encaissantes (c.-à-d. l'épaisseur de la roche d'accueil, de même que la situation et la qualité des unités lithologiques dans les roches encaissantes où le potentiel d'écoulements d'eau est nettement supérieur). On s'attend à ce que les travaux exploratoires prévus pour l'étape 3 (campagne de sismique 3D, forages) permettent de compléter et d'approfondir ces connaissances, de manière à réduire encore les incertitudes par comparaison à celles qui figurent dans le présent rapport. S'agissant des autres données géologiques spécifiques à chaque domaine, qui seront utilisées directement pour l'analyse de sûreté et jouent un rôle important pour les calculs de doses (paramètres hydrauliques de la roche d'accueil, minéralogie, etc.), on ne s'attend pas à ce que l'étape 3 permette d'abaisser encore sensiblement le niveau d'incertitude ; à noter que cela n'est pas nécessaire, étant donné que les valeurs de paramètres utilisées actuellement sont déjà suffisamment précises. Il est néanmoins prévu de réunir des informations spécifiques pour chaque site sur ces questions dans le cadre des travaux exploratoires de l'étape 3. Pour les domaines d'implantation qui seront examinés plus en détail, on approfondira également les connaissances relatives à l'érosion et au surcreusement glaciaire.

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1  Il s’agit en l’occurrence de: Zürich Nordost («Dogger brun», Argile à Opalinus), Nördlich Lägern («Dogger brun», Argile à Opalinus), JuraSüdfuss (Couches d’Effingen, Argile à Opalinus).

Pour les domaines d’implantation destinés à accueillir un dépôt DHA, la procédure a débuté ici, dans la mesure où la roche d’accueil (Argile à Opalinus) avait déjà été déterminée à l’étape 1 du plan sectoriel. Il en va de même pour les domaines d’implantation pour depôt DFMA où une seule roche d’accueil avait été identifiée.

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