La conception des scellements pour la fermeture du stockage Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)) repose aujourd’hui sur un noyau d’argile gonflante de faible perméabilité placé entre des massifs d’appui en béton, afin d’en limiter les déplacements axiaux. Les propriétés mécaniques des interfaces en particulier argilite/béton, béton/béton et argilite/bentonite jouent un rôle dans cette stabilité. Des hypothèses prudentes ont été retenues à ce stade pour prendre en compte ces interfaces.
     La poursuite des recherches sur cette thématique vise à consolider le dimensionnement et à dégager les marges de conception. Dans ce cadre, la thèse a pour objectifs la caractérisation et la modélisation fines de l’évolution des propriétés hydromécaniques des différentes interfaces sous différentes conditions physico-chimiques: mécanique (compression, cisaillement), hydrique (saturation–désaturation au gaz), chimiques (dégradation sous eaux des bétons et perturbations alcaline sur les argiles), et thermique (transitoire d’élévation de température). Ceci peut être abordé à l’échelle de l’interface et/ou à l’échelle de l’ouvrage, en établissant plus particulièrement les changements d’échelles afférents.
 
     Le phénomène d’auto-colmatage des fractures dans les argilites du Callovo-Oxfordien est aujourd’hui clairement mis en évidence par des essais sur échantillons et in situ. Il est dû principalement au gonflement des minéraux argileux gonflants (les smectites) présents dans les argilites, auquel peut s’ajouter un chargement mécanique. Cet auto-colmatage conduit à une diminution importante de la transmissivité hydraulique des fractures, jusqu’à des valeurs proches de celles des argilites saines.
     Différentes thématiques de recherche sont encore ouvertes concernant l’auto-colmatage, afin notamment d’accroître les marges de conception des ouvrages de stockage, en particulier les scellements du stockage Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)).
     Dans ce cadre, la thèse a pour objectifs (i) la détermination de la capacité d’auto colmatage des fractures en fonction des caractéristiques hydromécaniques de la zone fracturée (notamment ouverture maximale à partir de laquelle l’auto-colmatage ne s’opère plus), (ii) la caractérisation et la modélisation de l’évolution à long terme des propriétés hydromécaniques (endommagement, fluage, compressibilité, consolidation...) et de transfert des gaz des fracturée colmatées, en lien notamment avec l’évolution de la structure porale de la zone de colmatage au niveau des fractures.

     Les stockages de surface font l’objet in fine de la pose d’une couverture multi-couches. Ceci est actuellement le cas du centre de stockage de la Manche pour les déchets de faible et moyenne activité à vie courte, fermé en 1994 et actuellement en phase de surveillance. Une fonction principale de ces couvertures est de limiter les flux d’eau susceptibles de venir sur les déchets et de limiter ainsi leur dégradation et le relâchement des radionucléides. La conception de ces couvertures repose notamment sur des études géotechniques qui prennent en compte différentes situations hydraulique et hydromécanique et le retour d’expérience du comportement des couvertures dans le temps.
     Associées à une démarche de surveillance, ces études conduisent à un dimensionnement prudent et raisonnable des couvertures.
     La prise en compte des effets temporels, de nature mécanique pure ou autres (chimique, biologique...) ayant un effet sur le comportement mécanique, est une thématique de recherche ouverte, afin de consolider la durée de vie de ces couvertures et apporter des éléments d’appréciation des marges de conception et de sûreté. Parmi les thématiques questionnées, la thèse a pour objectif de caractériser et modéliser les déformations différées des systèmes multicouches, dans la masse et aux interfaces, aux regards des conditions aux limites hydromécanique externes et internes (ouvrages de stockage et colis), et des caractéristiques des couvertures mises en œuvre par l’Andra.

     Différentes expériences d’altération du verre en présence de matériaux d’environnement (fer, argilite) ont montré une influence du fer sur la cinétique d’altération du verre. Les interactions, entre le silicium libéré par le verre et les produits de corrosion formés in situ et/ou le fer libéré lors de la corrosion des composants métalliques proches, sont à l’origine de ce phénomène. Plusieurs processus seraient mis en jeu: la sorption du silicium sur les produits de corrosion, la précipitation de silicates de fer et l’incorporation de fer dans la pellicule d’altération (gel).

    A travers une approche expérimentale couplée à une modélisation, l’objectif de la thèse est de comprendre finement ces différents processus, notamment d’identifier les silicates de fer et les mécanismes impliqués en vue d’évaluer leurs poids respectifs. La cinétique d’altération des déchets vitrifiés en conditions de stockage et en particulier le temps d’atteinte du régime de vitesse résiduelle, seront confortés par l’intégration de ces processus dans les modèles d’altération des verres en présence de matériaux d’environnement.
 
     La modélisation de l’évolution et de la croissance des produits de corrosion à l’interface acier/argile contribue à améliorer la compréhension du comportement à long terme des composants en aciers en milieu argileux, notamment au regard de la contribution des produits de corrosion à la protection de ces aciers contre la corrosion (passivation), de part notamment leurs propriétés physiques. Cette amélioration est une donnée pour évaluer les marges de conception et de sûreté des composants concernés.
     En s’appuyant sur un travail expérimental de détermination des propriétés hydraulique et mécanique des produits de corrosion, l’objectif de la thèse est de développer un modèle de représentation de l’évolution de ces propriétés physiques en fonction des conditions environnementales des aciers en stockage géologique profond.
 
     La quantification précise du risque de fissuration des bétons armés nécessite de caractériser l’évolution des propriétés mécaniques des couches de produits de corrosion des aciers. Des travaux ont déjà été menés (par exemple, la thèse d’Anita Dehoux, 2012) permettant de décrire, à petite échelle, les propriétés mécaniques des produits de corrosion. Dans la continuité de ces travaux, l’objectif de la thèse est:
     - d’étendre la(es) méthode(s) de caractérisation déjà développée(s) à une échelle représentative d’une couche complète de produits de corrosion (notamment en intégrant son hétérogénéité spatiale);
     - de quantifier l’évolution des propriétés mécaniques des couches de produits de corrosion dans le temps (maturation des couches, cristallisation avec la variation de conditions physiques et chimiques...);
     - de préciser le devenir du Fer au-delà de la couche de produits de corrosion pour caractériser physiquement le domaine immédiatement au contact de cette couche, volume dans lequel le fer libéré a pu précipiter ensuite sous forme d’oxyde.

     Des bactéries consommatrices d’hydrogène sont observées lors de la corrosion anoxique d’un acier non allié en milieu argileux. Ce phénomène est notamment pris en compte dans les évaluations des cinétiques de corrosion.
     En supposant la pérennité d’une activité microbienne à l’interface entre l’acier non allié et les argilites du Callovo-Oxfordien, avec ou sans matériaux de remplissage de l’interface (bentonite, béton), l’objectif de la thèse est de préciser les mécanismes associés à l’évolution microbiologique (analyse phylogénétique par séquençage), à la corrosion (H2 comme source d’énergie et moteur), et à la géochimie (sulfates, FeIII, pH), dans les conditions de température (< 100°C) du stockage géologique Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)).
 
     L’évaluation de la chimie aqueuse des radionucléides à des températures entre 60°C et 80°C nécessite la connaissance (i) de la stabilité des phases solides et de leurs produits de solubilité, (ii) de l'effet de la température sur les constantes de stabilité des espèces dissoutes, (iii) d'autres paramètres d’interactions ioniques pour toutes les espèces concernées. Ces informations sont très partiellement disponibles dans la littérature.
     La thèse a pour objectif d’améliorer la capacité de prédiction des limites de solubilité, de la spéciation aqueuse et de la sorption des radionucléides Se, Th, U et Ni au sein des argilites du Callovo-Oxfordien, pour un domaine de température 60° - 80°C. 

     Les processus osmotiques sont généralement couplés, au sein de la formation argileuse du Callovo-Oxfordien, à des processus hydromécaniques ou thermiques. Ils ont fait l’objet d’études de caractérisation aux petites échelles. L’objectif de la thèse est de contribuer à la transposition des mécanismes ainsi mis en évidence à l’échelle macroscopique par une évaluation des transferts couplés dans les matériaux argileux suivant une approche macroscopique combinant approche expérimentale et modélisation. 

     La caractérisation de la chimie des systèmes cimentaires avec présence de sels solubles, notamment de nitrates et de sulfates en quantité importante, ainsi que celle du comportement des radionucléides dans ces systèmes en termes de spéciation/rétention/transfert a fait l’objet d’un ensemble de travaux en support à la conception et aux évaluations de sûreté de Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)).
     L’objectif de la thèse est d’affiner la caractérisation de l’interaction des sels solubles nitrate avec les matériaux cimentaires et leur influence sur le comportement des radionucléides, notamment le comportement diffusif de solutés (radionucléides) anioniques, cationiques et neutres dans les matériaux cimentaires, en fonction de la charge saline des eaux porales. 

     Avec le démantèlement des réacteurs nucléaires de la filière UNGG, près de 23.000 tonnes de déchets de graphites vont être produits en France. Ces graphites constituaient le cœur des réacteurs et ont été activés par le flux neutronique. Les graphites contiennent un inventaire notable en ¹⁴C.
     Plusieurs scénarios de gestion de ces déchets sont à l’étude dont le traitement des graphites par décontamination. 
La carboxygazéification est l’un des procédés permettant de décontaminer les graphites par traitement thermique sous un flux gazeux de CO₂. Le ¹⁴C est extrait de la matrice de graphite sous forme de ¹⁴CO, en mélange avec du ¹²CO.
     L’objectif de la thèse est d'optimiser l'effet des principaux paramètres du traitement par carboxy-gazéification (température de traitement, durée de traitement, débit gazeux, mélange gazeux, granulométrie des déchets de graphite broyés...) et de proposer des conditionnements du ¹⁴CO/¹²CO extrait de la matrice de graphite afin d’obtenir un déchet final sous forme solide, compact et stable.
     La conversion du CO en fibre de carbone sera l’une des voies privilégiée de cette étude.

     Les outils de simulation numérique disponibles ne permettent pas de coupler directement l’évolution mécanique d’un matériau à sa dégradation chimique, notamment pour des systèmes chimiques par exemple à base de sels, de manière efficace sur le plan numérique.
     Sur la base des modèles de comportements mécanique et chimique associés décrivant l’évolution des bétons (endommagement de nature mécanique ou de nature chimique en lien avec la corrosion des armatures, et la carbonatation atmosphérique et sous eau de la matrice cimentaire), l’objectif de la thèse est d’étudier, développer et implémenter des algorithmes numériques performants de couplage direct entre la dégradation chimique d’un ouvrage cimentaire (corrosion des armatures) et ses propriétés mécaniques, notamment par l’exploitation de méthode(s) de calcul Haute Performance.

     Les outils numériques largement employés pour simuler l’évolution chimique des ouvrages cimentaires utilisent de manière efficiente des méthodes de type Eulériennes appliquées à des milieux poreux supposés continus équivalents. Ces méthodes ne permettent pas de représenter le transport par advection dans une fracture séparant deux milieux poreux aux propriétés hydro-dispersives très différentes, pour lequel d’autres méthodes sont utilisées. L’objectif de la thèse est de développer une approche couplant l’évolution chimique simulée classiquement par des méthodes Eulériennes à l’hydraulique-transport d’espèces chimiques au sein des fractures, simulée par une méthode de type Lagrangienne.

     L’est du bassin de Paris est caractérisé par une activité sismique très faible. Elle est la principale source sismogénique utilisée pour le calcul des spectres déterministes applicables aux sites de stockage de l’Andra concernés.
     L’objectif de la thèse est (i) d’améliorer la compréhension de la géodynamique et de la sismotectonique de cette région considérée comme stable, (ii) de déterminer le champ des contraintes/déformations et les taux de déformations à l’échelle régionale, (iii) de déterminer les cinématiques et les vitesses de glissement possibles ou attendues sur les failles, (iv) d’établir une cohérence entre taux de déformation régionaux et vitesses de glissement sur les failles, (v) de valider les temps de retour associés aux séismes majorés de sécurité (SMS) sur une période de plusieurs décennies et au séisme maximal physiquement possible (SMPP) sur une période de plusieurs milliers d’années. 
 
     Depuis 2011, un effort conséquent est mis sur l’étude de la qualité et du fonctionnement des cours d’eau de la zone de l’Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE) de Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)).
     L’objectif de la thèse est de concevoir un modèle de flux de matière et en particulier (i) de réaliser une caractérisation «physiques» (granulométrie, minéralogie...) et bio-physico-chimique des sédiments, (ii) de déterminer la dynamique sédimentaire passée et actuelle, (iii) de déterminer les molécules traceuses des sources des particules transportées sur les bassins versants.
 
     Le programme de recherche visant notamment à comprendre le fond pédo-géochimique des sols dans la zone de l’Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE) de Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)) est basé sur un dispositif d’échantillonnage des sols, constitué de 110 sites répartis selon une grille à maille carrée de 1,5 km x 1,5 km et de 30 sites supplémentaires prévus pour compléter la représentation de sols peu pris en compte par le maillage. Pour chaque site sont constitués deux échantillons moyens de l’horizon superficiel (0-30 cm ou horizon de labour) et de l’horizon sous-jacent (30-50 cm).
     L’objectif de la thèse est (i) d’établir des valeurs de références des propriétés des sols à partir d’une description de leurs distributions statistiques, (ii) de définir des teneurs élémentaires habituelles (ou ligne de base), (iii) de rechercher l’origine des teneurs élémentaires des sols et d’éventuelles anomalies, (iv) de construire des modèles de prédiction des teneurs pédo-géochimiques à partir de propriétés connues des sols. Le fond pédo-géochimique pourra par ailleurs faire l’objet d’une cartographie par des méthodes géostatistiques.

     L’imagerie est une technique utilisée pour le contrôle des déchets radioactifs et de leur conditionnement, notamment pour cartographier les densités au sein des colis de déchets. Couplée à d’autres techniques non-destructives, la tomodensitométrie permet d’optimiser la caractérisation radiologique des colis de déchets. Toutefois, cette méthode actuelle est moins bien adaptée à la caractérisation de déchets de densités (très) voisines.
     L’objectif de la thèse est de développer puis de qualifier une technique d’imagerie multi-énergies, qui permette la différenciation des matériaux présentant des densités proches, au regard des caractéristiques des colis de déchets correspondants.

     L’instrumentation d’ouvrages souterrains de Cigéo (centre industriel de stockage géologique pour les déchets radioactifs de haute activité (HA) et de moyenne activité à vie longue (MA-VL)) fournira une quantité importante de données, complétée par des résultats de simulations numériques du comportement physique du système. Leur traitement permettra ainsi de disposer d’une connaissance fine des différents ouvrages et de leur état de santé.
     En se servant des mesures issues de démonstrateurs d’ouvrages actuellement mis en oeuvre dans le Laboratoire souterrain et des modèles réalisés par l'Andra et en s’appuyant sur les études académiques les plus récentes dans le domaine des statistiques appliquées (données minières) et de la modélisation des ouvrages du génie civil, l’objectif de la thèse est de développer une (des) méthode(s) innovante(s) de tri et de hiérarchisation des informations pertinentes vis-à-vis de l’état d’un ouvrage dans une dynamique temporelle et du diagnostic des équipements de mesure, à partir d’une grande masse de données relatives aux paramètres de comportement physico-chimique de l’ouvrage.

     Les fibres optiques permettent désormais de fournir des mesures de déformations, de température et d’hydrogène de manière répartie le long sur plusieurs centaines de mètres. La faisabilité de mesures réparties d’irradiation a également été démontrée. Toutefois, ces quatre paramètres ont des influences couplées sur la propagation de la lumière dans les fibres optiques en silice.
     Pour exalter l’influence du paramètre d’intérêt ou inhiber les paramètres d’influence, on utilise pour chaque type de mesure, des fibres spécifiques avec différents dopants insérés dans la silice et différents revêtements primaires. Par ailleurs, différents instruments de mesure sont utilisés, fondés sur les rétrodiffusions Rayleigh, Brillouin ou Raman, suivant le principe physique le plus sensible. En combinant des fibres et des principes de mesure, il sera bientôt possible d’obtenir des mesures réparties des quatre paramètres, de façon indépendante, même si leurs variations sont simultanées.
     L’objectif de la thèse est d’affiner la modélisation des interactions  de la température, de la déformation, de l’hydrogène et des rayonnements gamma sur la propagation d’ondes électromagnétiques dans la silice et d’utiliser ces modèles pour décorréler les quatre paramètres d’intérêt à partir de mesures disponibles.

     Les radiations peuvent altérer les propriétés Brillouin des fibres optiques utilisées comme capteurs de température ou de contrainte ainsi que sa capacité de transmission. Un outil de prédiction de la diffusion Brillouin stimulée au sein des fibres optiques durcies est disponible. Un banc est également disponible permettant de mesurer différents paramètres tels que les valeurs des vitesses acoustiques dans les différentes couches constituant la fibre optique, avec une résolution micrométrique dans la section transverse des fibres optiques.
     L’objectif de la thèse est d’étudier sur les plans théorique et expérimental le phénomène de diffusion Brillouin dans les verres et fibres optiques à base de silice et plus particulièrement (i) d’adapter le banc de mesure à la problématique des fibres, (ii) de réaliser une base de données expérimentales des vitesses acoustiques associées aux différentes fibres et verres utilisées par l’Andra et ses partenaires, (iii) d’utiliser les résultats acquis pour développer et optimiser les codes de calcul 3D de la diffusion Brillouin dans les fibres optiques et de valider les résultats des simulations avec les données expérimentales acquises à l’aide d’un banc Brillouin commercial, (iv) de réaliser des simulations pour identifier les structures de fibres optiques permettant d’optimiser, en environnement radiatif, les capteurs de température et de contrainte.

     La durée de fonctionnement des outils envisagés pour le monitoring au sein d’un stockage est de plusieurs décennies. Outre cette contrainte majeure rendant nécessaire la pérennisation des outils d’auscultation, d’autres contraintes essentielles (tels que la présence de gaz issus de la corrosion des métaux et de la dégradation de la matière organique, les rayonnements ionisants, l’activité bactérienne...) devront être prises en compte afin d’optimiser le déploiement des outils.
     La plupart des optodes pH fonctionnent en mesurant les variations d’absorbance ou les propriétés de fluorescence de couches sensibles immobilisées en bout de fibres. La majorité des optodes pH peuvent être classées en trois catégories:
     - La première se fonde sur un colorant ou un absorbant qui est piégé dans une matrice sol-gel et que l’on vient fixer en bout de fibre. Cette technique souffre en général d’une inhomogénéité de la couche déposée, de risque de lessivages des colorants dû à la présence de fissures;
     - La seconde comprend le dépôt de colorants par des méthodes électrostatiques au sein d’un film mince de polymère, en procédant par couche successive. Cette technique d'autoassemblage peut constituer une meilleure solution que la première. Toutefois, en raison de la nature des interactions électrostatiques, l'effet de la force ionique peut être important. La tenue de ces couches aux pH extrêmes peut être difficile.
     - La troisième concerne le dépôt des indicateurs ou colorants via une liaison covalente directement sur le support de fibre.
     La thèse a pour objectif de développer des couches sensibles spécifiques pour permettre des mesures dans la gamme de pH d’intérêt et la mesure d’activité bactérienne, en tenant compte des conditions d’environnement possibles (telles que la présence de gaz issus de la corrosion des métaux et de la dégradation de la matière organique, les rayonnements ionisants...). Au-delà des aspects de transduction des informations, les efforts devront être mis sur la mise en forme des couches (accrochage, encapsulation...) en bout de fibre de manière à rendre durable le dispositif. Le travail portera également sur le traitement des données. 

COMMENTAIRE
     Il est clair que l’ANDRA connaît ses faiblesses, mais une thèse ne se réalise pas en 5 minutes.
     Les sujets pointés sont  fort importants pour décider ou non de la faisabilité d’un stockage profond.
     Le premier porte sur les scellements. On peut rétorquer que c’est pour loin dans le futur. Certes, mais si les bétons ne sont pas les bons, si l’interaction béton/bentonite crée des problèmes… Mieux vaut s’en apercevoir le plus vite possible. Les déchets FA-VL ne sont pas non plus oubliés puisqu’on s’intéresse au «comportement d’une couverture argileuse remaniée». À suivre...
     Il y a enfin une thèse sur «les processus d’altération des verres», une autre sur «produits de corrosion des aciers». Et enfin une sur «le développement et la pérennité des souches microbiennes en milieu fermé».
     Puis comme il y aura de l’eau une thèse porte sur ce qui va se passer vers 60/80°C pour le sélénium, le thorium, l’uranium et le nickel.
     Ensuite on retrouve les graphites, ce déchet qui nous vient de notre passé: les années 1950 avec les piles plutonigènes suivies par les graphite-gaz -1969-1990/94). Enfin on revient vers les bétons (dégradation chimique, fracturation).
     Quand on affirme que l’ANDRA va trop vite, effectivement c’est vrai. Le stockage est une opération qui, pour le moment, a toujours raté: Centre de stockage de la Manche, WIPP, Kychtym, Asse, Sellafield,... Bon les déchets sont malheureusement là et il faut arriver à une solution.