Microscopic study of transport properties in clay

Dans le cadre d’un stockage souterrain des déchets radioactifs, l’argile compactée est envisagée comme barrière entre le colis de déchets et le milieu naturel. Il est donc indispensable de mieux comprendre les phénomènes de transport des solutés et de l’eau dans ces milieux.

Dans ce travail, des simulations microscopiques de type Monte Carlo et dynamique moléculaire sont entreprises pour décrire les espaces interfoliaires de montmorillonites sodiques et césiques très compactées. On constate que l’eau proche des surfaces des feuillets est structurée. Na⁺ a un comportement moins défini que Cs⁺ qui se déplace de site en site à la surface. Les coefficients d’autodiffusion calculés sont dix fois plus faibles que dans l’eau «bulk» pour l’argile monohydratée, mais augmentent avec le degré d’hydratation et la température. L’augmentation de température ne modifie cependant pas le comportement général des cations. Les coefficients d’autodiffusion calculés pour l’eau sont en bon accord avec ceux mesurés par diffusion de neutrons. Quant aux cations, les valeurs expérimentales disponibles sont liées à des temps de diffusion macroscopiques qui ne sont pas directement comparables avec les simulations. Cependant, l’introduction des coefficients simulés dans un modèle macroscopique donne des résultats en bon accord avec les expériences de traceurs.