Impact of gas migration around nuclear wastes disposals: Modelling of the gas injection experiment PGZ3

Abstract

Since the day nuclear power plants were put into service, the best solution to deal with radioactive wastes that emanate from the process is sought. In this framework, national organisations (ONDRAF for Belgium, ANDRA for France, etc.) were implemented to do some research on the topic. The one solution they favour for the long-term management of nuclear wastes is the deep geological repository. However, these comprise a lot of technical issues. One of them is the generation of gas by corrosion of metal compounds (such as canisters containing the wastes) that could rise in pressure and lead to bedrock fracturing, resulting in a lack of tightness of the disposal. ANDRA tries to study this phenomenon by experimental in-situ campaigns (carried out in an underground lab) during which gas is injected into the bedrock. The aim of this master’s thesis is to reproduce one of these campaigns (namely PGZ3) by developing various numerical models with an increasing complexity. The model that was developed first consisted in a purely hydraulic one-dimensional model. It was then complexified by adding mechanics and finally by turning it into a two-dimensional model.

Depuis le jour où les centrales nucléaires ont été mises en service, des recherches sont réalisées afin de trouver la meilleure solution pour traiter les déchets radioactifs qui émanent du processus. Dans ce cadre, des organismes nationaux (ONDRAF pour la Belgique, ANDRA pour la France, etc.) ont été mis à contribution pour effectuer des recherches sur le sujet. La solution privilégiée pour la gestion à long terme des déchets radioactifs est le dépôt en couches géologiques profondes, mais celui-ci comporte de nombreux problèmes techniques. L'un d'entre eux est la génération de gaz par la corrosion des composés métalliques (tels que les fûts contenant les déchets) qui pourrait augmenter en pression et conduire à la fracturation de la roche-mère, entraînant un manque d'étanchéité du stockage. L'ANDRA tente d'étudier ce phénomène en réalisant des campagnes expérimentales in-situ (réalisées dans un laboratoire souterrain) au cours desquelles du gaz est injecté dans la roche-mère. L'objectif de ce travail de fin d’études est de reproduire l'une de ces campagnes (à savoir PGZ3) en développant différents modèles numériques de complexité croissante. Le modèle qui a d'abord été développé consistait en un modèle purement hydraulique axisymétrique en une seule dimension. Il a en suite été complexifié en y ajoutant un aspect mécanique et a finalement été transformé en un modèle à deux dimensions.