Biocorrosion en conditions de stockage géologique de déchets radioactifs

Biocorrosion for underground disposal of radioactive waste

¹ CEA, DEN/DTN/SMTM/LMTE, 13108 St Paul lez Durance, France
e-mail: marie.libert@cea.fr
² Adresse actuelle: ECOGEOSAFE, Technopole environnement Arbois-Méditerranée, avenue Louis Philibert, 13545 Aix-en-Provence Cedex, France
³ CEA, DEN/DANS/DPC, 91191 Gif-sur-Yvette, France

Reçu : 24 Février 2011
Accepté : 11 Juillet 2011

Résumé

L’acceptabilité du développement de l’énergie nucléaire passe par la démonstration de la sûreté du futur stockage de déchets radioactifs en milieu profond, ce qui nécessite d’évaluer le comportement des déchets et des composants du stockage sur les court et long termes. Le concept français du stockage est basé sur un concept multi-barrières avec des containers métalliques confinés en milieu argileux. Le principal facteur d’altération des déchets est l’eau du site, qui arrivera à leur contact après corrosion des composants ouvragés en acier (chemisage de l’alvéole de stockage, conteneurs de stockage). Les phénomènes de corrosion en conditions de stockage profond sont donc étudiés dans l’objectif d’évaluer la capacité de confinement des composants métalliques. La découverte dans les milieux argileux profonds d’une diversité microbiologique importante amène à considérer l’impact de ces micro-organismes en terme de corrosion des conteneurs. Malgré les conditions physico-chimiques extrêmes qui vont régner dans l’environnement des colis de déchets radioactifs (condition d’oxydoréduction, forte pression, température élevée, rayonnement), l’activité bactérienne présente dans des milieux profonds a montré une capacité de survie et d’adaptation. Une production significative d’hydrogène (corrosion du fer ou radiolyse de l’eau) diffusant dans le milieu poral est en particulier attendue pendant la phase réductrice saturée. L’hydrogène sera alors dans ce milieu naturel réducteur une source d’énergie pour les communautés bactériennes anaérobies, surtout dans cet environnement pauvre en matière organique. De plus la production de phases minérales-Fe (III) comme la magnétite (Fe₃O₄) (produits de corrosion) va fournir des accepteurs d’électrons favorisant le développement des micro-organismes. Ainsi, le rôle de bactéries hydrogènotrophes, ferri-réductrices ou sulfato-réductrices via les couples rédox Fe(II)/Fe(III) et via les couples rédox SO₂/SO$\begin{array}{}\mathrm{2}\mathrm{-}\\ \mathrm{4}\end{array}$ est présenté pour caractériser leur contribution aux phénomènes de biocorrosion ou encore leur impact sur les bilans de production de gaz comme l’hydrogène et d’une manière générale sur le comportement long terme des composants du stockage.

Abstract

The safety disposal of high level nuclear waste (HLNW) is the major breakthrough allowing socially acceptable development of nuclear energy over the coming decades. The French concept for geological disposal of HLNW is based on a multi-barrier system made by metallic containers confined in natural clay. The main alteration parameter is water arriving on waste after the corrosion of metallic components. The anoxic aqueous corrosion phenomena are studied in order to evaluate the confinement capacity of metallic barriers. The discover of active micro-organisms in deep clayey environments raises the question of the impact of micro-organisms on corrosion parameters due to processes such as “biologically induced corrosion”. Despite of extreme conditions in deep nuclear geological disposal (redox conditions, high pressure and temperature, irradiation), bacterial activity will adapt and survive in these environments. Anoxic corrosion of nuclear waste containers and radiolysis will produce H₂, which represents a new energetic source for bacterial development, especially in this environment that contains a low amount of biodegradable organic matter. Besides, the formation of Fe(III)-bearing minerals such as magnetite (Fe₃O₄) as corrosion products will provide electron acceptors favouring the development of bacteria. Biocorrosion studies of nuclear waste disposal need to investigate the activity of hydrogenotrophic bacteria able to reduce iron oxides (passivation layer) or sulfates (iron reducing bacteria and sulfate reducing bacteria) in order to evaluate their impact on the long-term stability of metallic compounds involved in multi-barrier system for high-level nuclear waste containment.