Apport des traceurs à la compréhension des processus de transport au sein de formations argileuses indurées

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Sébastien Savoye a soutenu son HDR le 24 janvier 2008

à l'Université Paris-Sud d'Orsay.

Dr. Pierre de Cannière, SCK-CEN Mol, Rapporteur

Pr. Roberto Gonfiantini, CNR Pise, Examinateur

Pr. Ghislain de Marsily, Université Paris 6, Examinateur

Pr. Martin Mazurek, Université de Berne, Rapporteur

Pr. Maurice Pagel, Université Paris 11, Examinateur

Pr. Pierre Toulhoat, Université Lyon 1, Rapporteur

Mes travaux ont porté sur l’étude des processus de migration au sein des formations

argileuses indurées et ce, dans le cadre des recherches réalisées sur la faisabilité d’un

stockage des déchets radioactifs en milieu géologique profond. Afin d’appréhender

les effets d’échelles, de la diffusion au travers d’un échantillon de taille centimétrique

au laboratoire, jusqu’au transfert dans le massif argileux, je me suis appuyé sur deux

outils complémentaires, les traceurs artificiels et les traceurs naturels.

Les investigations menées à l’aide des traceurs artificiels ont permis de lever plusieurs

interrogations. Tout d’abord, les expériences de diffusion menées directement en forage

sur le terrain ont conduit à des valeurs de coefficients de diffusion légèrement plus

grandes que celles obtenues à partir d’expériences réalisées au laboratoire, suggérant

un possible effet d’échelle, même faible, imputable à l’existence d’une zone perturbée

autour du forage. En outre, il apparaît que l’influence de fractures de diverses origines

(tectoniques, liée à la dé-saturation, artificiellement créée) sur la diffusion du tritium

est faible, voire nulle, tandis que les zones situées à proximité des fractures d’origine

tectonique voient leurs propriétés de confinement diminuées, ces zones ayant été

probablement endommagées lors de la mise en place des dites fractures. Enfin, quant

aux travaux qui ont trait au comportement des ions iodures vis-à-vis de l’argilite de

Tournemire, ils ont principalement montré toute la difficulté de mettre en évidence

leurs affinités pour le substrat, avec des niveaux si faibles, mais sachant que si affinité

il y a, même infime, cela peut changer drastiquement les calculs de «performance

assessement». Néanmoins, après moult améliorations, son affinité pour l’argilite de

Tournemire a été démontrée à l’aide des expériences en milieu dispersé. En revanche,

les résultats obtenus par diffusion radiale sont plus discutables, car même si rien

ne semble l’indiquer, on ne peut exclure une contamination par l’oxygène de l’air,

puisqu’aucune précaution n’avait été prise dans ce sens.

Concernant l’approche basée sur les traceurs naturels (les chlorures, les isotopes

stables de l’eau), plusieurs avancées méthodologiques significatives ont été réalisées.

En effet, du fait des propriétés extrêmes de ces matériaux argileux (faible teneur en

eau, taille de pore nanométrique), il a été nécessaire en premier lieu d’évaluer les

méthodes d’acquisition de ces teneurs en traceur et le cas échéant, d’en développer

de nouvelles. Ainsi, nous avons montré que la méthode classiquement utilisée en

science des sols -la distillation sous vide à basse température- n’était pas adaptée

à ce matériau. En effet, comme la totalité de l’eau porale n’est pas extractible à la

température de 50 °C, cela conduit à un appauvrissement systématique des teneurs

en isotopes stables mesurées, et ce, par distillation incomplète. Par ailleurs, une

technique, la diffusion radiale, initialement mise au point pour les argiles plastiques,

a été adaptée aux argilites. Cette technique, contrairement à la distillation, est basée

sur le même processus qui prévaut à l’échelle du massif, c’est-à-dire la diffusion, ce

qui permet de ne mobiliser que les traceurs réellement impliqués dans le transport.

Elle permet ainsi la détermination conjointe des teneurs en isotopes stables de l’eau

et en chlorure, ainsi que des paramètres de diffusion associés. Enfin, les premières

reconstructions par modélisation de ces profils de traceurs naturels montrent que la

diffusion serait le moteur principal du transport, et ce, en utilisant dans ces simulations

comme paramètres de diffusion ceux déterminés à l’échelle du laboratoire. Ce dernier

point rendrait compte, s’il est confirmé, d’un faible effet d’échelle.