Etude des mécanismes d’altération des combustibles irradiés de type MOX en présence de matériau cimento-bentonitique (MREA). Approche expérimentale et modélisation
En France, la solution de référence est le retraitement du combustible irradié et la valorisation de certaines matières comme l’uranium et le plutonium au travers la fabrication du combustible MOX et son recyclage. Cependant, le stockage direct des combustibles (UOX et MOX) en couche géologique profonde est également étudié afin de s’assurer que les concepts de stockage français (Cigéo) sont compatibles avec le combustible irradié comme demandé et inscrit dans le Plan National de Gestion des Matières et des Déchets Radioactifs (PNGMDR). A ce titre, il est essentiel d’étudier les mécanismes d’altération de la matrice des combustibles irradiés en présence de matériaux d’environnement se rapprochant, à l’échelle du laboratoire, du concept actuel de stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde : alvéoles HA creusées dans l’argilite du Callovo-Oxfordien (COx) dont le chemisage en acier faiblement allié est isolé de l’argilite par un coulis cimento-bentonitique appelé MREA (Matériau de Remplissage de l’Espace Annulaire de l’alvéole). Les objectifs sont multiples : d’une part déterminer quel est l’impact de l’environnement sur les mécanismes d’altération de la matrice du combustible ainsi que sur les relâchements en radionucléides, et d’autre part développer une modélisation géochimique permettant de rendre compte des principaux processus physico-chimiques impliqués. Ces études sont menées au sein de l'installation ATALANTE (DHA) du CEA Marcoule, ou les expériences de lixiviation et les caractérisations des combustibles MOX sont réalisables.
Etablissement d’un bilan hydrique à l’échelle d’un sous-bassin versant semi-naturel par mesures in situ et modélisation 2D/3D - Application au site du CEA de Cadarache
Afin d’évaluer l’impact du fonctionnement de ses installations, le CEA se doit de disposer de méthodes et d’outils opérationnels pour mesurer, contrôler et prédire le devenir d’éventuels rejets dans les sols et les nappes phréatiques, ou maîtriser le risque d’inondation en cas de pluies extrêmes. Le sujet proposé s'inscrit dans ce cadre général. Il fait suite à une précédente thèse qui avait ciblé la caractérisation des propriétés hydrodynamiques de la zone non saturée (ZNS), interface complexe entre la surface et la nappe phréatique, et plus spécifiquement la quantification de la recharge. Deux grands types d’approches ont été développés dans cette précédente thèse : (i) approche 1D à l’échelle d’une fosse pédologique équipée de sondes de teneur en eau et tensiomètres sur plusieurs profondeurs, par détermination de courbes de rétention en eau et des paramètres de Van Genuchten-Mualem, et modélisation de la recharge avec le logiciel HYDRUS, et (ii) approche 2D à l’échelle du centre de Cadarache, avec des prélèvements et analyses de sols pour prédiction des propriétés hydrodynamiques de la ZNS par fonctions de pédotransfert, des mesures de conductivités hydrauliques de surface, et la recherche de critères de spatialisation de l’infiltration (géologie à l’affleurement, végétation, …).
L’objectif principal de la présente thèse est de spatialiser le bilan hydrique, en incluant à la fois l’infiltration et le ruissellement de surface. L’échelle spatiale envisagée est celle d’un sous-bassin versant du Ravin de la Bête, ruisseau temporaire qui traverse le site de Cadarache et recueille ses eaux de ruissellement avant de se jeter dans la Durance. Différentes mesures in situ sont envisagées (teneur en eau, conductivité hydraulique en surface et sous la zone racinaire, débit, …), ainsi que des prélèvements et analyses de sols complémentaires. Une parcelle expérimentale avec simulateur de pluie et mesure du ruissellement sera également dimensionnée et mise en place au cours de la thèse. Une modélisation avec le logiciel Parflow/CLM est envisagée : en 1D à l’échelle de la fosse pédologique (bilan hydrique et détermination de la recharge, le ruissellement étant négligé), et en 2D/3D à l’échelle du sous-bassin versant (bilan hydrique incluant recharge et ruissellement).
Cette thèse sera menée en collaboration avec l’Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE) de l’Université Grenoble Alpes (UGA). Elle se déroulera sur le site du CEA de Cadarache, au Laboratoire de modélisation des transferts dans l’environnement (LMTE), avec des missions ponctuelles possibles à l’IGE.