29 Septembre 2010 C.TR.ASOS AGENCE NATIONALE POUR LA GESTION DES DÉCHETS RADIOACTIFS

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1 Stratégie d observation-surveillance des ouvrages souterrains du futur stockage géologique de déchets radioactifs de haute et moyenne activité à vie longue 29 Septembre 2010 C.TR.ASOS

2 Sommaire Le projet de stockage géologique Motivations de l observation surveillance Stratégie d observation-surveillance Objectifs techniques d observation-surveillance Sélection et qualification des technologies d auscultation Agencement des dispositifs d auscultation R&D en dispositifs d auscultation 2 C.TR.ASOS

3 Projet de stockage géologique des déchets radioactifs de haute et moyenne activité à vie longue C.TR.ASOS

4 Définition : Déchets HA-MAVL 4 C.TR.ASOS «stockage géologique réversible» 2015 : DAC 2025 : MSI Durée de réversibilité : >100ans

5 Colis «primaires» de déchets Déchets HAVL 1% du volume (~6 000 m 3 ) Produits de fissions et actinides mineurs Matrice en verre de borosilicate Production de chaleur modérée à forte Déchets MAVL Volume relativement large (~ m 3 ) Issus du retraitement, de l opération des centrales Production de chaleur négligeable ou faible 5

6 Le site de Meuse Haute-Marne Environnement géologique stable (Callovo-Oxfordien) et bien connu Argilite : - Propriétés de confinement, - Très faiblement perméable, - Profondeur moyenne de 500m (protège de l érosion) Zone : - Très faible sismicité - Encaissants à circulations d eau quasi nulles et très lentes 6 C.TR.ASOS

7 Le projet de stockage géologique 7 C.TR.ASOS

8 Zone de stockage des déchets MAVL Mise en place des colis MAVL 8 C.TR.ASOS

9 Zone de stockage de déchets HA Principe du surconteneur de déchets HA Colis et alvéoles de stockage déchets HA 9 C.TR.ASOS

10 Observation-surveillance du stockage géologique C.TR.ASOS

11 Motivations de l observation-surveillance Un ensemble d attentes sont exprimées notamment : Dans la Loi du 26 juin 2006 sur la gestion des déchets radioactifs et la Loi du 13 juin 2006 sur la transparence et la sécurité Dans le guide de sûreté relatif au stockage (ex. RFS III.2.f) Dans le cadre du débat public, d échanges sur la réversibilité L OS doit répondre aux besoins de connaissances nécessaires à l exploitation du stockage : conditions d environnement pour intervenir, tenue ouvrages, risques susceptibles de se développer suite à choix de gestion à sa gestion réversible Réévaluer la durée de vie et capacité d agir Réévaluer évolutions conditions environnement Réévaluer potentiel manutention colis Et contribuer aux évaluations de sûreté : vérification/confirmation/précision des évolutions phénoménologiques à la base de ces connaissances et évaluations Confirmer les connaissances intervenant dans l évaluation de sûreté à long terme Préciser les modèles, sur la base de données obtenues in situ (construction, exploitation) 11 C.TR.ASOS

12 Spécificités OS installations souterraines Connaissances amont très conséquentes Contraintes à prendre en compte par l OS L échelle de temps séculaire L inaccessibilité aux dispositifs d auscultation dans les alvéoles en exploitation La «discrétion» recherchée: ne pas dégrader les conditions favorables à la sûreté à long terme Conditions d environnement localement agressives (température, chimie, irradiation ) Limites de l OS vis-à-vis de la sûreté à long terme: Certaines évolutions très lentes, conditionnées par des choix de concept et par les propriétés de la roche, ont des temps caractéristiques non accessibles à l OS, limitée à l échelle séculaire 12 C.TR.ASOS

13 Observation-surveillance du stockage : en surface et en souterrain 13 C.TR.ASOS

14 Conception du système d auscultation des ouvrages souterrains Concepts de stockages (fondés sur la sûreté et réversibilité ) Chaleur Hydrogène Eau Analyse phénoménologique des situations de stockage H 2 O Air (O 2 ) Objectifs techniques d observationsurveillance 1. Retours d expériences en auscultation et inventaire des technologies Conception du dispositif d observation - surveillance 2. R&D auscultation 3. Qualification En laboratoire En surface Au fond Métrologique Durcissement Un processus itératif 14 C.TR.ASOS

15 Objectifs techniques d observation-surveillance du stockage géologique C.TR.ASOS

16 Principaux objectifs pour l O-S des installations souterraines Suivre les évolutions phénoménologiques «THMCR» (vérifier la cohérence avec les modélisations, caractériser les évolutions ) Prendre appui sur les informations fournies par ces mesures pour : Vérifier le respect des fonctions de sûreté. A pondérer par Représentativité : 1 ou n ouvrages instrumentés? Temps caractéristiques Accompagner le processus décisionnel associé à la réversibilité Anticiper les prises de décisions, notamment pour franchir les étapes de l échelle de réversibilité, Vérifier la capacité et les conditions d un éventuel retrait des colis 16 C.TR.ASOS

17 Exemple des processus thermiques 1/3 Les déchets radioactifs génèrent de la chaleur (>1W pour certains colis MAVL, jusqu à 500 W pour les colis HA). Cela induit un réchauffement progressif des ouvrages et de la roche. Cet échauffement est entre autre influencé par la ventilation, qui évacue une partie de la chaleur. 17 C.TR.ASOS

18 Exemple des processus thermiques 2/3 Zoom sur la zone HA Le long d une alvéole, résolutions nécessaires : de l ordre du C, tous les mètres 18 C.TR.ASOS

19 Température d'air ( C) Exemple des processus thermiques 3/3 Influence du temps de chargement x Influence de la ventilation Evolution spatiale de la température d'air dans un module HA-C0 une dizaine d'années après son chargement Entrée d'air Retour d'air Longueur de galerie d'accès (m) T(x) à mi-alvéole t = 10 ans, fin de mise en place des colis (à t = 0 : mise en place de la première rangée) => Suivre aussi la température en galeries (1 C, tous les 10m) et considérer le scenario de chargement 19 C.TR.ASOS

20 Vitesse de corrosion (µm.an -1 ) Exemple des processus chimiques Alvéoles de déchets HA : la corrosion des aciers est un processus essentiel conditionnant l étanchéité des composants et leur tenue sur le long terme. Pour maîtriser ce processus, on retient : Une étanchéité à l eau du chemisage Une protection de l alvéole vis-à-vis de l arrivée d oxygène depuis les galeries Objectifs techniques d auscultation Les vitesses de corrosion Les conditions favorables : atmosphère anoxique, température, l éventuelle présence d eau 5 oxique 25 C oxique 90 C anoxique 90 C Humidité relative (%) 1 1, , , , Humidité relative (% La corrosion en présence d oxygène est 30 fois plus rapide que la corrosion anoxique 20 C.TR.ASOS

21 Le projet de stockage géologique Motivations de l observation surveillance Stratégie d observation-surveillance Objectifs techniques d observation-surveillance Sélection et qualification des technologies d auscultation Agencement des dispositifs d auscultation R&D en dispositifs d auscultation C.TR.ASOS

22 Auscultation d ouvrages d art Différentes techniques d auscultation Le visuel Les MENDS (éventuellement robotisées) Prélèvement d échantillons Instrumentation in situ 22 C.TR.ASOS

23 Démarche de qualification des dispositifs d auscultation Recensement des matériels fiables et robustes Sur la base des retours d expérience Méthode de sélection objective Sélection de dispositifs de référence => Démarche de qualification des dispositifs d auscultation Connaissance approfondie du capteur (matériau ) Tests de qualification de laboratoire en environnement contrôlé de chantier avec des essais en surface (ouvrages béton CSFMA, ETe) en Laboratoire Souterrain = milieu d emploi (argilites, béton) Durcissement (irradiation) Etalonnage métrologique Identification de pistes de progrès (mesure complémentaire indirecte etc.) 23 C.TR.ASOS

24 Capitalisation des retours d expérience en auscultation Tunnels routiers et ferroviaires tunnel de Chamoise tunnel sous la Manche métro de Lille Barrages Bromme 1930/32 et Marèges 1935 Bâtiment Réacteur depuis 1970 INB Projet stockage géologique par MODERN Entreposage de La Hague Centrales nucléaires 24 C.TR.ASOS

25 Retours d expérience de l Andra Centre Manche CMHM Espace technologique Laboratoire souterrain Capteurs à fibre optique et extensomètres à corde vibrante 2000 capteurs Centre Aube Structure Expérimentale de Couverture 84 TDR depuis 1994 Ouvrages de stockage instrumentés depuis Instrumentation mise à jour régulièrement. Ici C.TR.ASOS

26 Choix d une technologie d auscultation - exemple de la température Elévations thermiques inhomogènes à l échelle des alvéoles des modules Fin de chargement d un module C0 (en 10ans) => Mesure répartie de température par capteurs à fibre optique Raman Mesure tous les m sur plusieurs km Résolution 0.1 C Fiabilité REX : 10ans (thermométrie sur digues EDF) Déport de la mesure (maintenance des instruments) Discrétion: par le choix des câbles (faible encombrement, matériaux) Qualification de la technologie En environnement contrôlé Espace Techno., Sur chantiers Digue EDF, Durcissement Irradiations au CEA-DAM Qualification métrologique Banc d étalonnage en développement LNE-EDF

27 Le projet de stockage géologique Motivations de l observation surveillance Stratégie d observation-surveillance Objectifs techniques d observation-surveillance Sélection et qualification des technologies d auscultation Agencement des dispositifs d auscultation 1. pour une durabilité séculaire R&D en dispositifs d auscultation C.TR.ASOS

28 Redondance et complémentarité des différentes techniques d auscultation Le visuel MEND Prélèvements Dans les zones accessibles (dont alvéoles avant colis) L instrumentation in situ astuces d échanges ou de maintenance mesures déportées pour les capteurs à demeure non maintenables partout Pour chaque technique, redondance et complémentarité Éprouvé/ innovant, Localisé/réparti (=continu) Mesures directes/indirectes Mesures de références (capteurs «isolés» / étalons métrologiques) Surnombre pour pallier défaillances statistiques 28 C.TR.ASOS

29 Auscultation d une alvéole MAVL Avant scellement MEND robotisés Prélèvements dans la ventilation Sur toute la durée d exploitation instrumentation in situ Objectifs : caractérisations THM (CR) Obtenir des images tridimensionnelles 29 C.TR.ASOS

30 Agencement au sein d une unité d auscultation Conception des unités d auscultation Associer THM (CR) pour décorréler Moyen éprouvé - moyen récent et novateur (ex T : Pt100 fibre optique) Capteurs témoins Surnombre pour pallier au taux de défaillance 30 C.TR.ASOS

31 Exemple de répartition de l instrumentation dans une alvéole HAVL témoin Forages instrumentés Chemisage instrumenté Purges : suivi de la pression, de l eau, de la présence d oxygène Piste de progrès : mesure directe de la vitesse de corrosion 31 C.TR.ASOS

32 Le projet de stockage géologique Motivations de l observation surveillance Stratégie d observation-surveillance Objectifs techniques d observation-surveillance Sélection et qualification des technologies d auscultation Agencement des dispositifs d auscultation 2. maintenir une densité «raisonnable» R&D en dispositifs d auscultation C.TR.ASOS

33 Motivations d un agencement inhomogène au sein du stockage Répartition inhomogène des ouvrages instrumentés au sein du stockage. Car : gêne pour la construction, coût, homogénéité couche hôte, grand nombre d ouvrages identiques, transitoire lents 33 C.TR.ASOS

34 Diminution de la densité d instrumentation Stratégie d OS des installations souterraines Alvéole pilote Première construction d un ouvrage Destinée à recevoir les colis Instrumentée de manière intensive Deviendra «témoin» si conception stabilisée Contribue à obtenir les autorisations de MSI (étaye rapports sûreté) : qualifications de l ouvrage (réception, essai en inactif puis actif ) Alvéole témoin représentative d une série d ouvrages identiques fortement instrumentée Compléments éventuels : permettre l accessibilité Zone expérimentale (faux colis) Reproduire les mesures pour servir de référence Effectuer des prélèvements Stocker des matériaux dans des conditions similaires Accélérer la phénoménologie Alvéole courante observée par comparaison avec l ouvrage témoin moins instrumentée Alvéole sans instrumentation à demeure surveillance opérationnelle (contrôle-commande) Alvéoles de démonstration (dont les colis seraient ponctuellement retirés) Permettre la maintenance des dispositifs d auscultation Elargir les méthodes d OS (méthodes et essais non destructifs, prélèvements) Démontrer la récupérabilité des colis par l expérience Tous, y compris le type «non-instrumentée», font l objet d inspections, peuvent être suivis par des moyens autres que instrumentation à demeure 34 C.TR.ASOS

35 Répartition des ouvrages instrumentés Echelle de la zone - Rendre compte de Phénoménologie à l échelle des zones de stockage Différences de comportements liées aux différences sur les colis Légère variation du milieu géologique, Variabilité de la construction, Formulation et contrôle des matériaux Evolution possible des concepts Projet GIS 3SGS : PARDI (PARc DIagnostic) : apport de l effet parc pour le diagnostic de fonctionnement de systèmes Partenaires : Centre de Recherche en Automatique de Nancy EDF R&D STEP Institut C. Delaunay, UTT Troyes (Sciences et Technologie pour la Maitrise des Risques) 35 C.TR.ASOS

36 Exemple de répartition d ouvrages instrumentés Exemple illustrant un module HA-C0 Environ 200 alvéoles Environ une dizaine d alvéoles témoins et une dizaine d alvéoles courantes Quantité et localisation prend en compte notamment: Un chargement progressif prévu sur 10 à 15 ans Les effets de la ventilation (arrivée et retour d air) Localisation de l ouvrage au sein d un module (effets de bord) t = 0 : mise en place de la première rangée L évolution thermique d un module HA-C0 y x t = 10 ans t = 20 ans T(x) à mi-alvéole T(x) à mi-alvéole 36 C.TR.ASOS

37 Pistes de progrès en dispositifs d auscultation C.TR.ASOS

38 Pistes de progrès en instrumentation Mise en place en 2008 d un groupement de laboratoires (GL) «R&D Moyens et Stratégies d auscultation» Mène des recherches et développements sur de nouvelles technologies qui seront intégrées progressivement d ici 2014 au dispositif d auscultation Capteurs: Mesures distribuées sur fibre optique de température, déformation,... Mesures «chimiques», suivi local de H 2, de l évol. des matériaux Mesure de saturation en eau des matériaux géol. et ouvragés Développements de capteurs sans fil MEND Transmission / Energétique: Transmission sans fil en exploitation, pour redondance au «filaire» après scellement : énergie, distance de portée. Récupération d énergie (thermo-électricité) Durcissement des moyens aux conditions du stockage: Environnement chaud et/ou irradiant et/ou soumis à pression Durabilité, fiabilité, qualification Fonctionnement sur plusieurs décennies Fiabilité et stabilité métrologique des systèmes CEA, EDF, LCPC, BRGM, UTT,PACT Guigues Cementys, EDF, LAAS, ENS Cachan LCPC, Onéra LAAS, RWMC CEA DAM Inéris, LNE, LCPC 38 C.TR.ASOS

39 Exemple d une piste de progrès pour le suivi indirect de la corrosion Suivi localisé des gaz et de l évolution des matériaux développements ciblés de capteurs chimiques plus durables et fiables Exemple de réalisation d un spectromètre miniature (mesures des gaz) - Coll. Université de Troyes TF 39 C.TR.ASOS

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