Organiser le stockage de déchets radioactifs

Production, transport et stockage des déchets nucléaires en France

La gestion des déchets radioactifs suscite des questions denses et complexes. Elle soulève des enjeux environnementaux majeurs. Le problème nécessite donc d’être appréhendé en des termes précis. Cela conduit naturellement les chercheurs, et notamment les mathématiciens, à s’intéresser à la question du stockage des déchets en tant qu’objet scientifique. L’enjeu est ainsi d’étudier la dispersion de substances radioactives sur de longues périodes de temps (allant jusqu’au million d’années), suite à un relâchement dans le sous-sol depuis un site de stockage de déchets.

Cette prédiction concernant la dispersion des substances ne peut être envisagée rigoureusement sans l’apport des mathématiques. Ces dernières interviennent à deux niveaux de l’étude. En amont, il s’agit de décrire grâce à des équations les différents phénomènes qui entrent en jeu telle que la diffusion des éléments radioactifs ou leurs interactions chimiques avec les roches environnantes. La difficulté consiste à écrire des équations suffisamment complètes pour rendre fidèlement compte de ces phénomènes tout en étant suffisamment simples pour que l’on puisse mener une étude numérique. Cette étude est le second volet de l’intervention des mathématiques. Cela consiste à construire des algorithmes qui permettent de calculer une approximation de l’évolution des concentrations radioactives dans le milieu géologique.

Lors de cette étude mathématique, les particularités et la complexité des processus physiques qui interviennent dans le déplacement souterrain de substances radioactives ont suscité de nouvelles questions. Notons par exemple que les caractéristiques du milieu géologique (la perméabilité, la conductivité thermique, etc.) varient fortement en fonction des différentes roches avoisinant le stockage. De même, la structure du sous-sol influe beaucoup sur les directions dans lesquelles l’eau peut y circuler. Ces caractéristiques physiques particulières se traduisent mathématiquement par des propriétés elles aussi complexes. Si bien que les algorithmes classiques dont on dispose ne permettent pas de simuler la dispersion des radioéléments dans le milieu géologique.

Ces nouvelles problématiques ont amené les mathématiciens à développer des méthodes et des algorithmes nouveaux, adaptés aux études de stockage nucléaire en sous-sol. Aussi, si ces nouveaux outils mathématiques permettent d’évaluer de façon précise la migration de substances radioactives, ils trouvent également de nouvelles applications par exemple en situation d’écoulement en milieux poreux, lors de la dispersion de polluants, la séquestration géologique de dioxyde de carbone, la récupération de pétrole ou encore le remodelage osseux. Au travers de cet exemple, on voit que les allers-retours entre problèmes mathématiques et applications concrètes permettent bien souvent d’extraire des comportements généraux et font émerger de nouveaux défis que les mathématiques doivent relever.

Brève rédigée par Mathieu Cathala (Univ. de Montpellier 2).

En savoir plus :

• Modéliser pour mieux gérer les déchets nucléaires, podcast d’un entretien avec Jérôme Jaffré, Interstices.
• Des mathématiques pour modéliser les eaux souterraines, exposé filmé de Michel Kern, Interstices.
• Site d’information Déchets radioactifs avec supports pédagogiques.
• Cigéo, le site d’information sur le stockage profond en France.
• Page web du Groupe de Recherche MOMAS, Modélisations Mathématiques et Simulations Numériques liées aux problèmes de gestion des déchets nucléaires.

Crédits Images : Andra

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