Source : AIE
L’ÉNERGIE NUCLÉAIRE DEPUIS 40 ANS
55 Mtoe= 640 TWh
Source : AIE
L’ÉVOLUTION PRÉVUE
AUTRES SOURCESDE PRODUCTIOND’ÉNERGIE
Transmission
Énergiesrenouvelables
Réacteurs
Fabricationdu combustible
Enrichissement
Chimie
Traitement du combustible usé
Recyclagefabrication du combustibleMOX
Services
Pôle Amont
Pôle Réacteurs et Services
Pôle Aval
Pôle Transmission & Distribution
Distribution
Introduction7 7
Offre et demande d’Uranium
En 2015, près de 60% de la production primaire devra être assurée par des capacités nouvelles
Équilibre offre – demande
0
10000200003000040000
50000
6000070000
8000090000
1980
1983
1986
1989
1992
1995
1998
2001
2004
2007
2010
2013
2016
2019
Déstockages HEU
Production primaire
Besoins Réacteurs
Source: AREVA
Introduction8 8
Les acteurs majeurs de la production d’uranium représentent 3/4ème de la production mondiale
Chiffres 2007
Introduction9 9
Des objectifs ambitieux
Doubler la productionDevenir premier fournisseur mondial
Introduction10 10
AREVA est présent sur les zones clés
Canada Kazakhstan
Gabon
Niger
Mongolia
USA
Germany Russia
Offices
Mines operating
Mining projects under developmentExploration Mines reclamation
Australia
France
Finland
NamibiaSouth Africa
CAR
Senegal
INFLUENCE DE LA CONGÉLATION DES TERRAINS SUR LA STABILITÉ
DES OUVRAGES
Mines d’uranium de McArthur River et Cigar Lake, Canada.
Jean-Félix HUBERT
Travail d’option encadré par A. REJEB (AREVA NC, DRD) et M. HADJ-HASSEN (ENSMP)
Le bassin d’Athabasca
Situation géographique
Cluff Lake
McClean Lake
Key Lake
Rabbit Lake
WollastonLake
Midwest
SASKATCHEWAN
ALBERTA
Athabasca Lake
N
AthabascaSandstone
Basin
600 km
McArthur RiverCigar Lake
Le bassin d’AthabascaGéologie des gisements
McArthur River : méthode d’exploitation
Amas
Profondeur :~530 m
Tonnage :~180 kt U308 (12/2006)
Teneur :21 %
Production (2004) :
8,4 kt U308(~20 % du
total)
McArthur River : méthode d’exploitation
Ore zone Pilot hole
Reaming head
Profondeur :
530 m
Profondeur :
640 m
Raiseboring :
Trou pilote
Alésage
Comblement
Radioactivité
AlésageSource : Zakariae EL MARZOUKI (Travail
d’option 2007)
McArthur River : méthode d’exploitation
Ore zone Pilot hole
Reaming head
Profondeur :
530 m
Profondeur :
640 m
Raiseboring :
Trou pilote
Alésage
Comblement
Cigar Lake : méthode d’exploitation
Tonnage : ~100 kt U308Teneur : 20,7 %
Production prévue : 8 kt U308 /an
Lentille
Contact avec
l’aquifère
Profondeur :
465 m
Cigar Lake : méthode d’exploitation
Tunnelier
Jetboring :
Forages
Abattage : eau sous pression
Comblement
Niveau de congélation
Cigar Lake : historique Début des années 1980 :
reconnaissances. 89-90 : 1er puits. 91-92 :1ers essais miniers. Creusement du 2e puits. 1999 : incident au niveau 465, perte du
tunnelier. Septembre 2006 : reprise du
creusement. Octobre 2006 : ennoyage.
La technique de congélationDouble rôle :
Constitution d’une barrière étanche.
Renforcement de la roche.
La technique de congélation
150 kPa 600 kPa , -30°C 5000
kPa -36°C
100500 m3/h
La technique de congélationÀ McArthur River : murs de congélation
La technique de congélation
La technique de congélationÀ Cigar Lake
Cadre et objectif du travailComment déterminer l’influence de la
congélation sur la stabilité des ouvrages ?Problème thermique,
problème mécanique. Quels modèles adopter ?
Acquisition et analyse de données in-situ.
Développement et validation d’une approche de
modélisation
Répondre aux exigences opérationnelles les plus urgentes d’AREVA
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
I. Synthèse des travaux antérieurs
Bibliographie :- études sur Cigar Lake et Mc Arthur River modèles et données.
- P. Berest, Ph. Weber (coordinateurs), 1988, La thermomécanique des roches, BRGM. École d’été de thermomécanique des roches H. Côté, 2003, Comportement thermo-hydro-mécanique des géomatériaux poreux: approches expérimentales et numériques. Thèse de l’Université catholique de Louvain.
Déplacement au Canada et contacts
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Phénomènes physiquesLa congélation provoque :
Changement de phase
Variation des caractéristiques thermiques et mécaniques : dilatation / contraction, fracturation thermique.
Mouvements d’eau (succion cryogénique)
Phénomènes physiquesOn fait les hypothèses suivantes :
Le changement de phase est isotherme : on ne tient pas compte de l’eau non-gelée pour T < 0°C.
Il n’y a ni drainage ni succion cryogénique.
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Les données disponibles Parmi plusieurs sources on en retient 2 : 1
par mine.
Cigar Lake : étude de Golder en 2000.
McArthur River : mémoire de Master de T. Smith en 2005
Données : Cigar Lake Terrains non congelés : Essais en
laboratoire C, Φ, E, n, UCS pour grès, argile, socle.
Terrains congelés :
Données : Cigar Lake- Cellules de mesure de la pression radiale.- Mesure de la convergence- Cellules de mesure de la déformation longitudinale.Contrainte radiale dans le soutènement (O.G. : 4 MPa)
Convergence (O.G. : 35 mm)
Moment fléchissant
Données : Cigar LakeMesures : Excavation dans le terrain non-congelé. Congélation
Difficultés : La convergence résulte à la fois de la
congélation et de l’excavation. Manque de fiabilité des mesures.
Asymétrie.
Données : McArthur RiverÉtude de cas n°1 du mémoire de Master
de T. Smith.
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
160
Courbes intrinsèques Non congélé Congélé
Confinement en MPa
Rési
stan
ce tr
iaxi
ale
en M
Pa
Très peu de mesures : 2 essais en compression
simple.
Estimation des paramètres grâce à la
littérature.
Données : McArthur RiverRecoupe de congélation, pendant la congélation
Faisceau de tuyaux de
congélation
Données : McArthur River
Coupe BThermocoupleExtensomètres : M903-01, M903-02
Données : McArthur River
Les courbes sont dans
l’ordre.
Données : McArthur River
0 20 40 60 80 100 120 140 160-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Extensomètre M903-10
6m
Temp
Temps en jours
Dépl
acem
ent e
n m
m
Corrélation entre la diminution de température et l’augmentation de la déformation.
Données : McArthur River
Fissure dans le béton projeté.
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Modèles existantsCigar Lake Modélisation thermique, Geoslope
(2004) Rapport de Parsons-Brinckerhoff (1999) Rapport de Golder (2000)
Mc Arthur River Mémoire de MSc, T. Smith (2006)
Calculs mécaniques Calcul thermique préalable.
Objectifs : obtenir les champs de déplacement et de contraintes revêtement.
Hypothèses sur la congélation : isotherme, sans drainage
Thermoélasticité. Géométrie : plane ou axisymétrique.
Calculs mécaniques
Prise en compte du gonflement lors de la transition eau glace :
On introduit la valeur du gonflement selon T calcul compliqué avec le logiciel utilisé (PB)
ou Séparer les phénomènes (Golder)
Golder (2000)
Calculs mécaniques
Résultats :
Diminution de la variation de la contrainte avec la distance.
Zone d’influence ~ 20 m. Fortes contraintes dans le revêtement en
béton (résistance > 110 MPa)
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Principe général Calcul thermique avec CHEF (logiciel de
calcul par éléments finis)
Transformation des résulats pour obtenir le gonflement.
Gonflement utilisé par le logiciel VIPLEF.
Interprétation et comparaison avec les données expérimentales.
Principe général
Tuyau de congélati
on(30 m)
6 m 300 m
300 m
Conditions initiales :T homogène = Tmax = 15°C
Conditions aux limites : - Tmax à l’infini- T imposée sur le tuyau, qui décroît de Tmax à Tmin=-30°C
Durée :2 ans.
Tmax
Tmax
Tmin
Principe général : thermiqueConductivité thermique variable.Capacité thermique variable : Capacité pour la roche gelée / non gelée Chaleur latente absorbée entre 0°C et
1°C
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 50
2
4
6
8
10
12
Capacité thermique
Principe général : thermique
Principe général : mécanique Calcul du gonflement : expansion de la
glace et contraction de la roche. Isotrope. Fourni directement à VIPLEF.
Calcul mécanique en élasticité linéaire.
Conditions aux limites : déplacement nul à l’infini.
Principe général : mécanique
UV
Principe général : mécanique
Gonflement, puis
compression
ConvergenceInfluence à distance du front de gel
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Cas réel : McArthur River
Coupe B
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan - Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Cas cylindrique et plan Cylindrique
Plan
Timp
Timp
Tmax
Tmax
Tmax
Timp = -12°C
Tmax = 9°C
Cas cylindrique et plan Régime transitoire Comparaison de la taille de la zone gelée
avec des propriétés similaires.
Zone gelée plus étendue pour le cas plan
Cas cylindrique et plan Introduction d’un coefficient
d’ajustement α tel que :
Les deux zones gelées ont la même taille après un temps donné
Cas cylindrique et planValeurs retenues
0 50 100 150 200 250 3000
102030405060
Coefficient d'ajustement
Alpha
Temps (j)
Coeffi
cien
t al
pha
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Cas réel de McArthur River
TH-20
T : Influence et choix de α
3 m
α = 27
T : Influence et choix de α
18 m
Carte des températures
Durée : 120 jours
TH-20
α = 27
Calcul mécanique
Poussée du mur de congélation
α = 27
Calcul mécanique
α = 27
Gonflement
Déplacement à la paroi 10 cm.
Calcul mécanique
α = 27
Déplacement : M903-02
1 m
Aucune cohérenc
e
Déplacement : M903-02
2 m
Allure comparab
le
Déplacement : M903-02
5 ml’écart d’amplitude diminue encore.
L’allure présente des similitudes, mais sans certitude
Tendance générale ?
PLAN DE LA PRÉSENTATIONI. Synthèse des travaux antérieurs
• Phénomènes physiques• Données disponibles• Modèles existants
II. Approche développée• Principe général : étude d’un forage et d’une galerie en axisymétrie.• Cas réel de Mc Arthur River :
- Comparaison axisymétrique / plan
- Comparaison des résultats avec les données de site
Conclusions et perspectives
Conclusions Analyse critique des méthodes utilisées Données de site analysées Simulation thermique et mécanique
pour une géométrie plane.
Calcul thermique validé Déplacement : allure ~correcte,
amplitudes non concordantes.
Perspectives Travailler avec des données de site de
meilleure qualité : instrumentation fiable et géométrie simple.
Prendre en compte le soutènement.
Modèle mécanique plus complexe : caractéristiques variables avec T, anisotropie du gonflement, modèle rhéologique…
Questions ?
Demi-convergence dans le cas axisymétrique : galerie + forage
Déplacement vertical pour M903-04
Déplacement vertical pour M903-09
Données : McArthur River
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