Comment les radionucléides migrent-ils dans l’argile ?

Nous focalisons la recherche actuelle notamment sur les mécanismes de transport de ces radionucléides dans l’argile. L’étude de ces mécanismes permet d’évaluer l'évolution du stockage et du milieu géologique dans lequel il est implanté. Elle permet aussi une analyse robuste de sa sûreté à long terme.

Quels mécanismes de transport des radionucléides étudions-nous ?

Nos recherches actuelles portent sur les mécanismes de migration des radionucléides dans l'argile.

L’Argile de Boom se révèle être une roche très peu perméable et possédant une forte capacité de rétention (piégeage) de nombreux radionucléides et contaminants chimiques en raison de ses caractéristiques minéralogiques et chimiques. Elle présente donc une bonne aptitude à retarder leur migration dans l’environnement. Notre programme de Recherche, Développement et Démonstration (RD&D) se focalise sur trois mécanismes de migration des radionucléides au sein de l’Argile de Boom : le transport dans l’eau interstitielle, les spéciations-solubilités et la sorption.

Le transport dans l’eau

Les argiles sont en quelque sorte des millefeuilles : elles sont constituées de très fins feuillets entre lesquels se trouvent des éléments chimiques, qui assurent la cohérence entre ces feuillets, et de l’eau. C’est ce que nous appelons l’eau interstitielle. Lorsque les barrières ouvragées se seront dégradées et que l’argile prendra le relais, les radionucléides entreront en contact avec cette eau interstitielle et s’y diffuseront. Comme cette eau interstitielle ne bouge presque pas, le transport des radionucléides dans l’argile sera excessivement lent.

Nous étudions ce transport grâce à des expériences menées tant à petite échelle, en laboratoire, qu’à grande échelle dans le laboratoire souterrain HADES. Elles consistent à injecter des traceurs radioactifs dans l’argile et à suivre leur très lente migration.

Les spéciations-solubilités

Nos études de  «spéciation-solubilité » visent à identifier l’espèce chimique dominante du radionucléide ( «spéciation ») dans cette eau interstitielle. Observerons-nous un précipité, des suspensions colloïdales ou uniquement l’élément dissout ? Et quelles concentrations seront en jeu ? Ces informations sont essentielles car d’une part, les espèces chimiques du radionucléide conditionnent les modalités de sa migration dans l’argile. D’autre part, plus la concentration d’un radionucléide dans l’eau est élevée, plus son relâchement au cours du temps du système de stockage est élevé.

Grâce à ces études, nous obtenons un inventaire des différentes espèces chimiques des radionucléides qui se retrouveront dans l’eau interstitielle de l’argile et nous pouvons évaluer les principaux mécanismes de transport de ces radionucléides.

La sorption

Les couches d’argile présentent des surfaces chargées électriquement sur lesquelles la plupart des radionucléides vont venir se fixer. Il s’agit des mécanismes de sorption des radionucléides que nous étudions également. La sorption des radionucléides permet leur décroissance radioactive dans la roche hôte et limite ainsi leur impact radiologique lors de leur lente migration.

L’eau interstitielle des argiles peu indurées, l’Argile de Boom en particulier, peut contenir une quantité importante de molécules organiques (résidus de plantes et d’animaux lors de la sédimentation de l’argile en milieu marin). Certains radionucléides présentent une très forte affinité pour ces molécules, ce qui réduit leur sorption chimique dans l’argile et favorise leur relâchement. Nous étudions donc aussi les interactions entre ces molécules organiques et les radionucléides afin d’affiner nos connaissances sur les mécanismes de sorption.