Dans un centre de stockage profond tel que Cigéo, en Meuse/Haute-Marne, les déchets radioactifs à haute activité et vie longue (combustibles usés) seront isolés de leur environnement par une série de barrières successives : la matrice vitreuse dans laquelle ils sont piégés, un conteneur, un sur-conteneur et un chemisage métalliques, et enfin l'argilite Callovo-oxfordienne du site (Cox). Entre le chemisage et l'argilite, un « matériau de remplissage de l'espace annulaire » (MREA) alcalin pourra être ajouté afin de ralentir la vitesse de corrosion de l'acier grâce à un pH basique.
Comment prédire l'altération conjointe du verre et du métal des colis de déchets à l'échelle de millénaires (2.000 ans pour le métal et 100.000 pour le verre) ? Pour le savoir, les chercheurs de l'Iramis réalisent des simulations expérimentales, assorties de caractérisations et de modélisations multi-échelles (du millimètre au nanomètre), en utilisant les connaissances qu'ils ont acquises en étudiant des analogues de corrosion archéologiques.
Dans une première étude paramétrique, portant sur le rôle spécifique des silicates dans l'argilite, ils ont étudié la corrosion de deux aciers, ferritoperlitique et ferritique. Ils ont observé au bout d'un mois la formation spontanée d'une couche interfaciale nanostructurée de magnétite (Fe3O4). Celle-ci est constituée de grains nanométriques qui lui confèrent des propriétés intéressantes de barrière de diffusion pour les espèces aqueuses corrosives.
Une 2e expérience plus globale visait à déterminer l'influence sur la corrosion du verre d'un « coulis cimentaire » entre le chemisage de l'alvéole de stockage et l'argilite Cox (MREA). Les résultats montrent que les faciès de corrosion sont identiques, avec ou sans matériau de remplissage, et que les épaisseurs des couches d'altération sont similaires.
Une quinzaine de techniques différentes a permis de déterminer la morphologie, la composition chimique, la structure et les propriétés physiques des couches d'altération formées.
Ces deux séries d'expériences illustrent toute la diversité des études qui se poursuivent pour optimiser le protocole d'enfouissement des déchets radioactifs, et l'importance de disposer des connaissances et de l'expertise que l'on peut tirer de l'étude des matériaux anciens altérés par le temps.