Le projet PALLAS

Le projet PALLAS (Plateforme pluridisciplinAire de surveiLLance dans le cadre d’Alternatives au Stockage), lancé le 1 septembre 2022 pour une durée de 4 ans, a pour objectif de développer un outil de recherche dédié à la surveillance de matériaux constitutifs des colis de déchets radioactifs. Il bénéficie d’un financement de BPI France et fait appel à la R&D de l’IRSN, combinée à de la R&D académique et au savoir-faire de grands industriels pour relever les défis technologiques du projet.

Caractéristiques du projet

Date de réalisation : 2022 – 2026
Financement : BPI France
Budget : 4M €
6 partenaires français : IRSN, Université Gustave Eiffel, Socotec Monitoring, Université Savoie Mont-Blanc, Naga Geophysics, Auglans.

Contexte

En appui à l’expertise de l’IRSN sur le stockage géologique profond et ses alternatives et en réponse aux interrogations de la société civile, le projet PALLAS se propose de créer et d’exploiter une plateforme expérimentale permettant de mener des programmes de recherche pour l’évaluation de technologies de surveillance de colis de déchets radioactifs.

La surveillance de toute installation de gestion à long terme de déchets radioactifs comprend un certain nombre de défis, notamment l’accès limité aux colis de déchets et la minimisation des équipements (câbles, capteurs etc.) traversant les barrières de protection ou de confinement. Ainsi, dans le cadre du projet PALLAS, la faisabilité et le caractère opérationnel d’une méthode de détection à distance de la déformation de colis, qui constitue un indice de dégradation, sera évaluée pour en connaitre les potentiels et les limites, Des jumeaux numériques seront développés sur la base de modèles existants afin d’exploiter les données acquises par la mesure.

Ce projet est lauréat d’un appel à projets de BPI France « Appel à projets de solutions innovantes pour la gestion des matières et déchets radioactifs, et la recherche d’alternatives au stockage géologique profond ». Il réunit, au sein d’un consortium, les six partenaires français suivants : l’IRSN, l’Université Savoie Mont-Blanc, l’Université Gustave Eiffel, la société SOCOTEC Monitoring, la start-up NAGA Geophysics et la société AUGLANS. Ensemble, ces six partenaires réunissent les compétences nécessaires à la réussite du projet, c’est-à-dire des spécialistes des déchets radioactifs, du génie civil, de la dégradation des matériaux, des techniques de surveillance, de l’instrumentation et de l’ingénierie des données.

Axes de recherche

Le projet PALLAS est structuré en six lots.

Lot 0 – Coordination du projet

Le lot 0, assuré par l’IRSN, englobe le pilotage et la gestion de l’ensemble du projet, ainsi que les interactions entre les acteurs. Il garantit la coordination, ainsi que la gestion administrative et financière de l’ensemble du consortium.
Responsable : IRSN

Lot 1 – Dimensionnement des endommagements et du monitoring sur des prototypes en laboratoire à échelle réduite (LUTECE – Laboratoire de caractérisation à Fontenay-aux-Roses)

Dans le cadre de cette tâche seront réalisés les premiers essais de faisabilité quant à l’instrumentation choisie pour la surveillance au plus près de l’objet pilotée à distance. Les expérimentations sont menées sur des matériaux cimentaires, qui sont largement employés dans la gestion des déchets radioactifs. Les essais sont réalisés sur des prototypes de laboratoire de petite échelle, mis en œuvre au laboratoire LUTECE à Fontenay-aux-Roses. Ils consistent en l’application de dispositifs de déformations chimiques et mécaniques aux colis afin de les endommager et à la mesure des déformations associées. Les dispositifs de déformation chimiques et mécaniques sont les suivants :

Endommagement endogène mécanique

Le colis est exposé à un endommagement mécanique pour évaluer la capacité du dispositif de surveillance à détecter un gonflement, voire une fracturation dans un délai très court (quelques minutes).

Endommagement endogène chimique

Le colis est exposé à un endommagement de source chimique (sulfates) pour évaluer la capacité du dispositif de surveillance à détecter un gonflement progressif du colis dans un délai long (plusieurs semaines à plusieurs mois).

Endommagement exogène CO2/ endogène thermique

Dispositifs de déformation chimique sur des colis à échelle réduite instrumentés ; le suivi des déformations est réalisé à l’aide des jauges de déformation et de la fibre optique insérée à l’intérieur du colis.

Le colis est exposé à un endommagement de source chimique (CO2) et thermique pour évaluer la capacité du dispositif de surveillance à détecter une élévation anormale de température au cœur du colis et la genèse puis l’évolution d’une fissuration résultant de la carbonatation en température.
Les résultats issus de ces essais permettront de dimensionner les expérimentations qui seront réalisées sur des colis de taille réelle, fabriqués dans le cadre de ce lot.

Partenaires impliqués : IRSN (dimensionnement, lancement et suivi des essais expérimentaux), UGE (fibres optiques), SOCOTEC Monitoring (jauges de déformation), AUGLANS (fabrication des colis de taille réelle).

Lot 2 – Changement d’échelle : comment transposer la surveillance d’objets de taille réduite à pleine échelle (LRST – Laboratoire de Recherche Souterrain de Tournemire).

Création d’un espace maquette pour conduire des essais sur colis à échelle réelle

Les colis en béton seront fabriqués dans le lot 1 et installés au LRST (Aveyron) dans un espace maquette fermé qui sera construit spécifiquement pour la réalisation de ce type d’essai. Le lot 2 se découpe en 3 tâches expérimentales qui reprennent successivement les types d’endommagement testés dans le lot 1, auxquelles s’ajoute une tâche dédiée au développement d’un premier jumeau numérique. Ce dernier consiste en la construction d’un premier métamodèle correspondant à la modélisation mathématique d’un des trois colis endommagés. Le choix dépendra des réponses mécaniques des matériaux lors des essais en laboratoire prévus dans le lot 1.

Partenaires impliqués : IRSN (coordination, dimensionnement, lancement et suivi des essais expérimentaux), AUGLANS (construction espace maquette), SOCOTEC Monitoring (Instrumentation).

Lot 3 - Validation du prototype de stratégie de surveillance non intrusive d’un colis en béton depuis la roche (LRST – Laboratoire de Recherche Souterrain de Tournemire).

Surveillance non intrusive d’un colis depuis la roche.

Un essai non intrusif du suivi de la déformation sera réalisé depuis la roche (et non directement sur le colis) par l’emploi de la méthode PPS (Polarisation Provoquée Spectrale). A cette fin, une carotte d’argilite sera extraite et le colis sera placé au sein de celle-ci. Cette étape intermédiaire permettra de tester la faisabilité de la méthode PPS pour surveiller un objet en béton depuis la roche.

Partenaires impliqués : IRSN (dimensionnement, lancement et suivi de l’essai), Université Savoie Mont-Blanc et Naga Geophysics (méthode PPS).

Lot 4 - Creusement de la galerie et creusement des forages dédiés aux 3 essais in situ (LRST – Laboratoire de Recherche Souterrain de Tournemire).

Creusement de la nouvelle galerie et des trois alvéoles de tests in situ.

Ce lot est dédié au creusement d’une nouvelle galerie au sein du laboratoire de recherche souterrain de Tournemire et de trois alvéoles expérimentales qui accueilleront les futurs essais in situ réalisés en tâche 5. Cette galerie de 120 m de long sera creusée pour donner accès à un volume suffisant de roche saine pour la réalisation des essais prévus dans le projet PALLAS ainsi que pour de futures actions de recherche sur la surveillance. Dans le cadre du présent projet, trois forages horizontaux d’une longueur de 20 m de long et de 80 cm de diamètre seront creusés depuis la nouvelle galerie, pour accueillir les maquettes de colis béton à échelle 1, selon la méthodologie brevetée par l’IRSN (FOGRAD) pour préserver la paroi des ouvrages.

Partenaire impliqué : IRSN (coordination et appui technique), AUGLANS (creusement de la galerie).

Lot 5 – Surveillance globale de « colis béton » à l’échelle 1 en conditions d’entreposage in situ (LRST – Laboratoire de Recherche Souterrain de Tournemire).

L’objectif de ce lot est d’évaluer la capacité de surveillance par la méthode PPS testée précédemment sur les essais maquette, dans des conditions de subsurface peu profonde in situ. Ce lot se compose de trois essais in situ qui font écho à ceux réalisés lors des essais réalisés précédemment (endommagements mécaniques et chimiques) ainsi que de l’exploitation des données acquises dans les jumeaux numériques correspondants.

Les laboratoires et services IRSN impliqués

SPDR (Service des Pollutions et des Déchets Radioactifs), LETIS (Laboratoire d'étude et de recherche sur les transferts et les interactions dans les sous-sols), USDR (Unité d'expertise des Sites et des Déchets Radioactifs), UEMIS (Unité d'Expertise et de Modélisation des Installations de Stockage), SIPR (Service de l'Ingénierie et des Projets de Recherche), LR2E (Laboratoire de Réalisation d'Equipements Expérimentaux)

Laboratoire d'étude et de recherche sur les transferts et les interactions dans les sous-sols (LETIS)

Le LETIS a pour mission la mise en œuvre de programmes de recherche dans le domaine de la sûreté des stockages de déchets dans des formations géologiques.

IRSN - projet PERFROI - Dispositif ELF © Médiathèque IRSN

Laboratoire de Réalisation d'Equipements Expérimentaux (LR2E)

Le LR2E a pour mission générale la conception, le développement, la qualification et la réalisation d'installations expérimentales en soutien aux services de l'Institut.