Etat de la Recherche & Développement sur le stockage
géologique de déchets HA - MA-VL et FA-VL :
quelques éléments
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Préambule
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Les différentes catégories de déchets radioactifs
en France
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Période longue > 31 ans
Carbone 14 : 5 700 ...
Les déchets FA-VL
Déchets « radifères » provenant du
traitement de différents minerais contenant
Déchets « de graphite » p...
Les déchets MA-VL
Constitués essentiellement
Eléments de structures des combustibles usés
retraités (coques, embouts, gain...
Les déchets HA
Essentiellement les résidus, hautement
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Le stockage des déchets radioactifs
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Concepts de stockage adaptés aux types ...
Les projets de stockage et les centres de stockage
FMA-VC
HA-VL
MA-VL
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Les grandes composantes de la R&D
(hors Sciences Humaines et Sociales)
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Optimisation technico- économique
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Le processus itératif
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La R&D versus FA-VL
SFEN - 21 mai 2014
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Objectifs 2015
Principaux enjeux du projet pour 2015
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Principales actions
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La Communauté de communes de Soulaines a donné son accord pour la réal...
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Volume et géométrie des formations argileuses
Propriétés mécaniques (réalisa...
Positionnement des plates-formes de forages et
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Localisation et nature des travaux de re...
La série crétacée de la région de Soulaines
Aquifère
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Formation
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Scénarios de gestion des déchets de graphite
Les travaux récents en matière de caractérisation et de R&D sur le
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La R&D sur le traitement des déchets de graphite
Déchets de graphite FA-VL issus du
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La R&D versus Cigéo
SFEN - 21 mai 2014
DRD/DIR/14-0149
Les grandes étapes de la R&D vs Cigéo (planning initial)
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Loi de 1991 Loi de 2006 Post-DAC
1991-2005 200...
Phase 1991 2005
SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
Les étapes de la R&D vs Cigéo de 1991-2005
1992-1994 : Etude du site pour les laboratoires de recherche souterrains
Missio...
Les objectifs de la R&D vs Cigéo de 1991 à 2005 :
démontrer la faisabilité du stockage
Caractérisation
Du milieu géologiqu...
La caractérisation du milieu géologique
Les investigations sur site
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Quelques milliers de mètres de carottes
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La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (1/2)
2 orientations de fracturation
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La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (2/2)
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Le cadre structural
Cadre structural bien appréhendé
Champ de contrainte stable depuis 20 Ma
Faible fracturation en dehors...
La R&D sur les matériaux argileux de 1991 à 2005
Objectif majeur : fournir les modèles globaux de comportement des matéria...
La R&D sur les matériaux cimentaires de 1991 à
2005
Objectif majeur : Fournir les modèles
Orientation principales de la R&...
La R&D « corrosion des surconteneurs et chemisages
HA » de 1995 à 2005
Objectifs majeurs:
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La R&D sur les colis de 1991 à 2005
Objectif majeur : fournir les modèles de relâchement des radionucléides dans une optiq...
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Essais technologiques (projet européen ESDRED) :
Démontrer à une échelle industrielle, la faisabilité
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Le laboratoire souterrain (2000-2006)
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Caractérisation de la zone endommagée autour des
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Caractérisation de la chimie des eaux du Callovo-Oxfordien
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Caractérisation de la diffusion des solutés
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La zone de transposition
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Du fait de leur niveau de radioactivité et leur durée de vie, ils seront stockés au Centre industriel de stockage géologique Cigéo. Les déchets HA sont intégrés dans une matrice de verre, ils sont ensuite coulés dans un colis en inox. Un colis de déchets HA contient environ 400 kg de verre pour environ 70 kg de déchets. En attendant la création du stockage profond Cigéo, ils sont entreposés notamment à l’usine de retraitement AREVA de La Hague (Manche), placés dans des installations confinant la radioactivité.

Plus d'informations : www.sfen.org

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Etat de la Recherche & Développement sur le stockage géologique de déchets radioactifs (1/2)

  1. 1. Etat de la Recherche & Développement sur le stockage géologique de déchets HA - MA-VL et FA-VL : quelques éléments SFEN - 21 mai 2014 Frédéric PLAS - Directeur de la R&D DRD/DIR/14-0149
  2. 2. Préambule SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  3. 3. Les différentes catégories de déchets radioactifs en France SFEN - 21 mai 2014 Période longue > 31 ans Carbone 14 : 5 700 ans Plutonium 239 : 24 000 ans Uranium 238 : 4,5 milliards d'années 31 ans Polonium 214 : 164 microsecondes Oxygène 15 : 2 minutes Iode 131 : 8 jours Cobalt 60 : 5 ans Tritium : 12,3 ans VC VL DRD/DIR/14-0149
  4. 4. Les déchets FA-VL Déchets « radifères » provenant du traitement de différents minerais contenant Déchets « de graphite » produits lors du démantèlement des réacteurs nucléaires de première génération Objets radioactifs (ex : fontaines au radium) ou sources scellées (paratonnerres, SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  5. 5. Les déchets MA-VL Constitués essentiellement Eléments de structures des combustibles usés retraités (coques, embouts, gaines) Déchets liés au fonctionnement, à la maintenance et au démantèlement des installations nucléaires (EDF, CEA, Areva ) Initialement sous forme liquide ou solide - conditionnement sous forme de colis de déchets avec des enveloppes en béton ou en acier SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  6. 6. Les déchets HA Essentiellement les résidus, hautement radioactifs et non réutilisables issus du retraitement des combustibles usés Calcinés sous forme de poudre puis incorporés à une pâte de verre. Le mélange est coulé dans une colis en inox Entreposés sur leur site de production dans de la création du stockage profond SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  7. 7. Le stockage des déchets radioactifs Stockage = solution de référence (loi de 2006) Concepts de stockage adaptés aux types de déchets en France, trois solutions de stockage mises en ou à afin de prendre en charge des déchets radioactifs SFEN - 21 mai 2014 Le stockage de surface > FMA-VC et TFA 90 % des déchets produits chaque année Le stockage à faible profondeur, entre -VL Le stockage profond, à 500 mètres (à -VL (Cigéo) DRD/DIR/14-0149
  8. 8. Les projets de stockage et les centres de stockage FMA-VC HA-VL MA-VL FA-VL TFA SFEN - 21 mai 2014 Centre Manche (fermé - en surveillance) Centre (en exploitation) Centre (en exploitation) Centre Manche Centres Aube (CI2A) Centre de Meuse/Haute Marne Projet Cigéo (Centre de Meuse / Haute-Marne) Projet FA-VL (Codecom de Soulaine-Dhuys) DRD/DIR/14-0149
  9. 9. Simulation numérique Les grandes composantes de la R&D (hors Sciences Humaines et Sociales) SFEN - 21 mai 2014 Radionucléides et Toxiques DRD/DIR/14-0149
  10. 10. Les grands objectifs de la R&D Dimensionnement/conception Optimisation technico- économique Définition des Spécifications Techniques de Besoins des composants Définition/amélioration des filières Evaluation de sûreté (exploitation et après fermeture) Gestion flexible et progressive des stockages Observation et surveillance des stockages et de leur environnement composants dans le temps Exploitation et après fermeture Évaluation des performances des composants en lien avec leurs fonctions de sûreté Quantification des indicateurs de sûreté (dose) Contribution à la surveillance réglementaire SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  11. 11. La définition et le planning de la programmation des activités de R&D Un processus itératif Cadencé par les jalons/objectifs définis pour chaque projet et centre de stockage en exploitation Alimenté par : Les différentes évaluations dont les activités scientifiques de font Les expressions de besoins des autres unités de Andra Associé aux avancées scientifiques réalisées dans les grands organismes de recherche Contraint par les compétences mobilisables Une définition pour 4 ans et glissante sur 2 ans Un changement important avec le programme 2013-2016 Une nouvelle structuration pour un programme transverse aux activités de De nouveaux axes en cohérence avec le PNGMDR et les axes stratégiques de la filière nucléaire Un accompagnement de des projets Cigéo et FA-VL SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  12. 12. Le processus itératif SFEN - 21 mai 2014 Compréhension du fonctionnement du système Conception / architecture de stockage / construction exploitation - fermeture Base de connaissances scientifiques et technologiques Evaluation de performance et de sûreté Identification et analyse des incertitudes et des marges Analyse Qualitative Quantitative (simulation numérique) Analyse Arguments multiples Arguments indépendants R&D DRD/DIR/14-0149
  13. 13. La R&D versus FA-VL SFEN - 21 mai 2014 DRD/DIR/14-0149
  14. 14. Objectifs 2015 Principaux enjeux du projet pour 2015 Acquérir des données de sites et préciser le périmètre des déchets pouvant relever stockage à faible profondeur Définir les modalités éventuel projet de stockage pour son insertion territoriale Pour juin 2015, rapport Andra intégrant les résultats suivants Résultats des études scientifiques, techniques et de sûreté stockage à faible profondeur sur le site investigué et le périmètre de déchets associé Bilan des études menées sur les scénarios de gestion des déchets de graphite et bitumes classés « FA-VL » par le CEA avec ou non de relancer la recherche site de stockage à une centaine de mètres (sous couverture intact) Rapport relatif aux travaux du comité de pilotage du projet de territoire du site investigué Analyse géologique des autres sites INB Sur la base de de ces études et recherches, pourra décider les orientations pour la suite du projet SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  15. 15. Principales actions Acquisition des données de site La Communauté de communes de Soulaines a donné son accord pour la réalisation géologiques sur son territoire sous conditions de Mise en place d'un comité de concertation pour définir les modalités d'accompagnement du projet Transmission des informations sur le projet en notamment sur les instances existantes que sont la commission locale du CSA et la commission locale et de suivi du Cires Investigations géologiques en cours Caractérisation des déchets et R&D sur le traitement des déchets Consolidation des inventaires des déchets radifères et TFA Analyse des scénarios de gestion des déchets de graphite et bitumes Étude de sûreté pour définir du projet Détermination des éléments de conception du stockage Sur la base des données de site Adaptation aux caractéristiques des déchets SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  16. 16. Caractériser les formations argileuses cibles Volume et géométrie des formations argileuses Propriétés mécaniques (réalisation des ouvrages du stockage) Caractériser les propriétés hydrodynamiques du secteur Aquifères, zones Modèle et de transfert des aquifères Evaluer la stabilité du site pour la durée de vie du stockage Aléa sismique Objectifs de la campagne de reconnaissance en lien SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  17. 17. Positionnement des plates-formes de forages et des profils de géophysique légères Localisation et nature des travaux de reconnaissance SFEN - 21 mai 2014 Forages géologiques Forages hydrogéologiques Campagne géophysique (120 km de profils acquis) Campagne géotechnique Etude de cartographie géologique (250 km2) Etude de de surface (400 km2) Plateforme 3 - Epothémont DRD/DIR/14-0149
  18. 18. La série crétacée de la région de Soulaines Aquifère Aquifère Formation du Gault Argiles à Plicatules Extrait de la carte géologique de Soulaines 1/250 000ème, Andra 2014 SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  19. 19. Scénarios de gestion des déchets de graphite Les travaux récents en matière de caractérisation et de R&D sur le Stockage dédié de graphite Tri Décontamination + gazéification Décontamination SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  20. 20. La R&D sur le traitement des déchets de graphite Déchets de graphite FA-VL issus du démantèlement des réacteurs UNGG français La R&D sur le traitement thermique Collaboration EDF/Andra SFEN - 21 mai 2014 Déchets de graphite Traitement : extraction sélective de certains RN Radionucléides extraits Conditionnement Cigéo Graphite partiellement décontaminé Gazéification Stockage à faible profondeur Cendres Rejet 12CO2 avec très faible teneur 14CO2 Conditionnement DRD/DIR/14-0149 Exemple de schéma de traitement
  21. 21. La R&D versus Cigéo SFEN - 21 mai 2014 DRD/DIR/14-0149
  22. 22. Les grandes étapes de la R&D vs Cigéo (planning initial) SFEN - 21 mai 2014 Loi de 1991 Loi de 2006 Post-DAC 1991-2005 2006-2017 > 2017 Faisabilité du stockage dans la couche du Callovo-Oxfordien sur le site de Meuse/Haute Marne Demande création du stockage Optimisation du stockage Vers une mise en du stockage Phase industrielle prototype DRD/DIR/14-0149
  23. 23. Phase 1991 2005 SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  24. 24. Les étapes de la R&D vs Cigéo de 1991-2005 1992-1994 : Etude du site pour les laboratoires de recherche souterrains Mission de consultation dirigée par le Député Christian Bataille Sélection du site sur la base de sites volontaires 2 types de roches, 4 sites présélectionnés : Granit : Vienne Argile : Gard, Meuse, Haute-Marne 1994 - 1996 : Etude géologique du sol/de la surface sur les 4 sites présélectionnés, par rapport aux critères de sûreté définis par l'ASN (règle de sûreté basique de 1991) Couche d'argile de 150 m d'épaisseur dans la Meuse/Haute-Marne, profondeur d'environ 500 m Couche d'argile épaisse de haute résistance dans le Gard (profondeur d'environ 700 m) Granit sous couverture sédimentaire dans la Vienne 1996 : Demande de 3 LRS, Revue en 1997-1998 par le CNE (Commission nationale d'évaluation) et l'ASN 1998 : Laboratoire Souterrain (LS) autorisé en Meuse/Haute-Marne 1998 - 2005 : Construction et fonctionnement du LS afin de recueillir les données de base nécessaires à l'étude de faisabilité et de sûreté de 2005 SFEN - 21 mai 2014 X X DRD/DIR/14-0149
  25. 25. Les objectifs de la R&D vs Cigéo de 1991 à 2005 : démontrer la faisabilité du stockage Caractérisation Du milieu géologique à et sur le prochain million Du comportement des matériaux (Béton, argile et aciers) du stockage en situation de stockage et des interactions avec le milieu géologique Du comportement des colis de déchets majeurs HA_MA-VL et des combustibles usés Du comportement des Radionucléides dans les matériaux et le milieu géologique Evaluation de du stockage aux différentes échelles de temps et Modélisations et simulations numériques Des essais technologiques coordonnés avec les expérimentations scientifiques (entre 2001 et 2005) Etudes préliminaires permettant un pré-dimensionnement Travaux de construction des infrastructures et de service du laboratoire souterrain assurant un premier retour sur les méthodes de construction Premiers prototypes industriels (colis MA-VL, projet ESDRED : mécanique et barrière ouvragée) SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  26. 26. La caractérisation du milieu géologique Les investigations sur site Forages > 100 Quelques milliers de mètres de carottes Plusieurs dizaines de milliers Reconnaissance sismique Une campagne sismique 2D : 200 km de lignes 1300 km de lignes sismiques acquises par pétrolière et retraitées Une campagne sismique 3D de 4 km² sur le site du Laboratoire de recherche Les investigations dans le laboratoire souterrain Suivi du creusement du puits Galerie expérimentale de 40 mètres au niveau 445 m (toit du Callovo- Oxfordien) 750 mètres de galerie au niveau 490 mètres (milieu de la couche) SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  27. 27. La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (1/2) 2 orientations de fracturation N40°E & N140 à 150°E Tectonique surtout tertiaire Orientation des contraintes stable depuis 20 Ma SFEN - 21 mai 2014
  28. 28. La caractérisation de la couche du Callovo-Oxfordien (2/2) Très faible perméabilité Mesurée à différentes échelles Similaire entre mesures in situ et mesures sur échantillons Faibles coefficients de diffusion Faible variation des valeurs des paramètres dans une zone de 250 km² autour du laboratoire de recherche SFEN - 21 mai 2014 Corrélation entre forages DRD/DIR/14-0149
  29. 29. Le cadre structural Cadre structural bien appréhendé Champ de contrainte stable depuis 20 Ma Faible fracturation en dehors des grandes failles régionales SFEN - 21 mai 2014 Marne Gondrecourt Joinville Vittel A du site du Laboratoire Pas de faille de rejet > 2 m détectée par la sismique 3D 4 forages dirigés (1377 m 38 m de fissures sans mouvement et pas les propriétés hydrauliques DRD/DIR/14-0149
  30. 30. La R&D sur les matériaux argileux de 1991 à 2005 Objectif majeur : fournir les modèles globaux de comportement des matériaux argileux en situation de stockage Orientations de la R&D entre 1991 et 2005 Une R&D centrée sur les ouvrages en bentonite Barrière ouvragée, bouchons, scellements Une priorité forte au comportement post-fermeture et une optique long terme Une première approche des couplages : THM, Chimie-Mécanique, Chimie-rétention Principaux résultats Caractérisation des propriétés THMC des matériaux argileux Propriétés thermo-hydro- Hydratation et gonflement à différente échelles Propriétés thermodynamiques Effet de la température et du fluide poral Interactions fer-argiles Interactions ciment-argiles Effets des rayonnements Modélisation géochimie-transport dans les ouvrages et milieux argileux Description thermodynamique puis cinétique SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  31. 31. La R&D sur les matériaux cimentaires de 1991 à 2005 Objectif majeur : Fournir les modèles Orientation principales de la R&D entre 1991 et 2005 Une R&D focalisée sur les grands processus de dégradations chimiques des ouvrages cimentaires, imposés par le milieu géologique et/ou par les déchets MA-VL, à long terme Hydrolyse/Décalcification Carbonatations (atmosphérique et en milieux saturés) Attaques sulfatiques Une R&D axée sur les couplages chimie/transfert dans les milieux saturés Prise en compte de la température Prise en compte de la réactivité aux interfaces avec les milieux argileux Les principaux résultats (à base CEM I et CEM V) aux interfaces ciments/argiles Fourniture des premiers éléments sur la formulation de bétons à faible chaleur Premiers démonstrateurs technologiques (colis de déchets MA-VL) SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  32. 32. La R&D « corrosion des surconteneurs et chemisages HA » de 1995 à 2005 Objectifs majeurs: Choix de la famille de matériaux métalliques pour le sur-conteneur HA Evaluation des risques de corrosion et premier dimensionnement des sur- conteneurs HA Orientation de la R&D entre 1995 et 2005 Analyse du comportement de 3 familles de matériaux : Aciers non alliés Alliages passivables (Aciers inoxydables, alliages de nickel) Cuivre R&D principalement axée sur : la corrosion généralisée des aciers non alliés (atmosphère humide, milieu argileux insaturé puis saturé) Les risques de corrosion localisée des aciers inoxydables et alliages base nickel Les principaux résultats Choix des aciers non alliés (corrosion généralisée prédominante, analogues industriels et archéologiques ) Détermination des seuils de la corrosion en atmosphère humide et milieu insaturé Cinétiques de corrosion généralisée en milieu argileux Influence de la saturation en eau du milieu Influence de la température 90 C) Evaluation des risques de corrosion localisée des aciers non alliés Eléments sur : Les risques de corrosion sous contrainte La modélisation SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  33. 33. La R&D sur les colis de 1991 à 2005 Objectif majeur : fournir les modèles de relâchement des radionucléides dans une optique de faisabilité du stockage Orientation de la R&D entre 1991 et 2005 Une R&D focalisée fortement sur les grandes familles de colis de déchets : Combustibles usés (UOx principalement) Déchets vitrifiés (Verres R7/T7 principalement) CSD-C Boues bitumées Une R&D principalement axée sur le relâchement en conditions saturées Une R&D traitant surtout du comportement intrinsèque des déchets et quelques couplages avec Les principaux résultats : Développement des modèles de relâchements : Des déchets vitrifiés, intégrant une chute de vitesse puis une vitesse résiduelle Des combustibles UOx Des colis de boues bitumées (Modèle COLONBO) Des CSD-C sur la base de vitesses de corrosion issues de la littérature Des premiers éléments sur la production de gaz par radiolyse des matériaux organiques et cimentaires et par corrosion des déchets métalliques SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  34. 34. SFEN - 21 mai 2014 Essais technologiques (projet européen ESDRED) : Démontrer à une échelle industrielle, la faisabilité de construction, et de fermeture du stockage Les essais technologiques entre 2001 et 2005 DRD/DIR/14-0149
  35. 35. Le laboratoire souterrain (2000-2006) SFEN - 21 mai 2014 Experimental drift Experimental drift Technical drifts Main shaft Auxiliary shaft Technical drift 445 m 490 m 490 m DRD/DIR/14-0149
  36. 36. Caractérisation de la zone endommagée autour des galeries du Laboratoire souterrain SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  37. 37. Caractérisation de la chimie des eaux du Callovo-Oxfordien SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  38. 38. Caractérisation de la diffusion des solutés SFEN - 21 mai 2014DRD/DIR/14-0149
  39. 39. Caractérisation du comportement THM des argilites sous une charge thermique SFEN - 21 mai 2014 Rock sensor 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Time [days from start of heating] Temperature[ºC] 1203_TEM03 1203_sim03 Heater TER1203_TEM3 0.6 m -3 -2 -1 0 1 2 3 4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Time [days from heating] Overpressure[MPa] 1401_P01 1401_sim_01 DRD/DIR/14-0149
  40. 40. La zone de transposition SFEN - 21 mai 2014 Transposition des propriétés du Callovo-Oxfordien obtenues sur le site du laboratoire + Critères Critères géométriques Profondeur < 630 m (milieu de la couche) Epaisseur > 130m Critère structural À plus de 1km des failles majeures Critères lithologiques Epaisseur du niveau R0 > 65m % silts < 20-30 % 250 km² DRD/DIR/14-0149

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