Dans quelles mesures les données obtenues dans le laboratoire peuvent être transposées dans la ZIRA ? (Réponse ANDRA)

La démarche de transposition des données obtenues dans le laboratoire de recherche souterrain sur une emprise d'environ 1 km² (4 km² pour la sismique 3D) à l'emprise du stockage consiste à rechercher sur le secteur étudié un domaine géographique que l'on puisse considérer géologiquement équivalent au site du laboratoire souterrain, tant du point de vue de la géométrie et de l'ensemble des propriétés de confinement de la formation du Callovo-Oxfordien que des caractéristiques des perturbations qu'y engendrerait un stockage.

Définir un domaine géographique qui présente des caractéristiques géologiquement équivalentes à celles du site du laboratoire souterrain revient principalement à connaître les conditions d'environnement qui régnaient sur la région lors de la formation du Callovo-Oxfordien, et les évènements géologiques qui ont pu avoir un impact sur les caractéristiques de cette formation. La connaissance de ces conditions d'environnement peut permettre de s'affranchir du besoin de caractériser de façon exhaustive les propriétés de la formation sur la totalité du domaine géologiquement équivalent.

C'est sur cette base (décrite de façon exhaustive dans le référentiel de site) et sur les résultats issus des différentes campagnes de forage et de sismique qu'a été définie pour le dossier 2005 la zone de 250 km² dite zone de transposition (ZT). Celle-ci a été confirmée à l'issue de la campagne réalisée en 2007-2008. Ces dernières données ont également été utilisées pour déterminer, au sein de la zone de transposition et sur des critères principalement géologiques, une zone plus restreinte (Zira) qui présente des caractéristiques encore plus favorables à l'implantation d'infrastructures souterraines de stockage. On remarquera par ailleurs que cette dernière se situe dans un secteur de la ZT très proche du laboratoire souterrain.



Quel est le degré de fiabilité des extrapolations à long terme à partir des modélisations réalisées avec les résultats obtenus dans le laboratoire ou par les campagnes de forage ou sismique ? (Réponse ANDRA).
Il faut distinguer les résultats qui sont obtenus expérimentalement (en laboratoire souterrain ou de surface) en fonction du type de paramètres, de lois ou de modèles qu'ils sont censés renseigner.

- Tout d'abord ceux qui permettent de renseigner les paramètres de lois qui ne relèvent pas d'extrapolation dans le temps. Outre les données caractéristiques fondamentales des éléments et en particulier des radionucléides (solubilité, chimie en solution...), c'est le cas par exemple pour deux lois essentielles dans l'évaluation de la sûreté d'un stockage géologique en milieu argileux qui concernent les transports respectivement diffusif et convectif des éléments dissouts. Dans ce cas, l'enjeu est principalement lié à la précision et à la représentativité des mesures, mais également à leur extrapolation dans l'espace. C'est la raison pour laquelle l'Andra a réalisé un nombre important de mesures de perméabilité (et à différentes échelles) et qu'elle a conduit plusieurs expérimentations de diffusion afin de déterminer avec précision les coefficients de diffusion représentatifs de différentes familles d'éléments. Dans les deux cas, on a obtenu des résultats cohérents qui ont permis de gérer les changements d'échelle (par exemple de l'échantillon pluri-centimétrique à l'expérimentation in situ à l'échelle pluri-métrique).

- Ensuite, certains résultats concernent des processus dont la cinétique est relativement rapide. On entend par là, des processus dont l'équilibre est atteint en quelques mois, voire quelques années. Ceci correspond à des durées qui sont parfaitement accessibles à l'expérience et qui ne nécessitent pas de réaliser des extrapolations à long terme. On citera par exemple :

° la convergence des terrains suite à l'excavation des galeries du laboratoire souterrain dont un quasi équilibre est atteint après quelques mois à une année,
° la vitesse de corrosion initiale des aciers qui atteint un palier après 12 à 18 mois.

Dans ces deux cas, les mesures effectuées dans le laboratoire souterrain et en laboratoire de surface confirment les modélisations qui avaient été préalablement réalisées et permettent d'en affiner le paramétrage.
Certains processus ont une cinétique plus lente, mais encore accessible à l'expérimentation pour autant que l'on puisse maintenir les conditions d'essai sur au moins une décennie. De ce point de vue, le laboratoire souterrain est un outil de recherche irremplaçable, car il est complètement dédié à ce type d'expérimentation, sa pérennité est assurée par décret et ses conditions d'environnement sont stables. Il permet ainsi de suivre :

° la déformation des ouvrages souterrains résultant du fluage de l'argilite,
° les intéractions chimiques en paroi des galeries,
° les processus de dégradation sur des fragments de matériaux placés dans des forages.

- Enfin, il existe des processus lents voire très lents dont il est difficile de représenter l'entièreté au travers d'expérimentations se déroulant sur des périodes compatibles avec la durée de vie de l'expérimentateur. Dans ce cas, plusieurs possibilités s'offrent aux chercheurs et ingénieurs pour disposer d'éléments utiles pour l'extrapolation sur le long terme :

° mettre en place des conditions expérimentales qui permettent d'accélérer les processus afin d'en évaluer correctement les conséquences sans pour autant imposer des durées d'expérimentation inaccessibles ou sortir du domaine de validité des modèles. C'est particulièrement le cas de processus qui relèvent de lois dépendant de la température (l'élévation de température accélère le processus) : modification minéralogique des argiles avec la température ou lors d'interactions avec les métaux. Dans ce cas, il est possible de caler les modèles et de s'assurer que les températures plus élevées utilisées au cours des expérimentations ne sont pas de nature à modifier les réactions chimiques attendues à plus basse température.

° Utiliser des analogues naturels sur lesquels on dispose de suffisamment de données pour s'assurer qu'ils sont effectivement représentatifs de phénomènes dont on souhaite modéliser l'évolution sur le long terme. Par exemple, les analogues archéologiques sont dans certains cas suffisamment bien renseignés et offrent des observations sur plusieurs siècles voire millénaires. Leur utilisation a été particulièrement appropriée pour l'évaluation des vitesses de corrosion sur le long terme des métaux ou des verres, ou les interactions entre solutions à pH élevé (issues de l'équilibre avec les bétons) et les matériaux argileux. Les analogues naturels géologiques sont également utilisables lorsque l'on a des processus dont on souhaite évaluer les conséquences sur plusieurs dizaines à centaines de milliers d'années. Les bassins sédimentaires (transformation des sédiments au cours de l'histoire du bassin) ou certains gisements métalliques (solubilité et forme chimique des éléments en solution) sont susceptibles d'apporter des élements de confiance supplémentaire voire de calage des modèles. Le Callovo-Oxfordien peut être lui-même son propre analogue au travers des processus naturels (transport des éléments) qui s'y déroulent depuis plusieurs dizaines de millions d'années.
Il faut néanmoins rester prudent quant à l'utilisation des analogues naturels et savoir en fixer les limites, en particulier lorsque le calage temporel n'est pas suffisamment précis.