L’argile Les propriétés de l'argile

Du fait de leur abondance et de leurs propriétés remarquables, les argiles sont utilisées par l'homme depuis des millénaires. Elles présentent notamment de fortes capacités de rétention des éléments chimiques.

Comment les éléments se déplacent-ils au sein des roches ?

Les roches renferment de minuscules interstices : les pores, dans lesquels il y a de l'eau. L’eau contenue dans ces pores renferme des éléments chimiques dissous comme le chlore ou le sodium. Ces éléments se déplacent naturellement dans le milieu géologique, selon deux modes :

  • un transport par convection, quand l’eau présente dans les pores de la roche se déplace sous l’effet d’une différence naturelle de pression. Elle entraîne avec elle les éléments chimiques dissous.
  • un tranport par diffusion, qui est lié à fune différence de concentration d’un élément chimique entre deux endroits donnés. Les éléments dissous se déplacent des zones les plus concentrées vers les zones les moins concentrées, pour se répartir uniformément. On peut observer ce phénomène très simplement, en déposant une goutte d’encre dans un verre d’eau.

Une barrière naturelle efficace : l’argile

Pour le stockage de déchets radioactifs, il faut tenir compte de l’eau présente dans le milieu géologique. En effet, cette eau joue un rôle important dans l’évolution d’un stockage. Sur plusieurs dizaines de milliers d’années, elle corrode les conteneurs, dissout les substances radioactives contenues dans les déchets et facilite leur déplacement, permettant ainsi leur dispersion dans le milieu géologique.

La vitesse de migration de ces substances dans le milieu géologique varie d’une roche à l’autre. L’argile est une roche aux propriétés remarquables : peu perméable, elle retarde ou limite naturellement leur dispersion dans le milieu géologique.

Les roches sont composées de minéraux, substances solides caractérisées par un agencement particulier d'éléments chimiques. Ceux de l’argile appartiennent à la famille des silicates, constitués d’atomes de silicium et d’oxygène mais également d'aluminium, de fer, de calcium ou encore de potassium... Au sein de l'argile, ils sont organisés en feuillets empilés les uns sur les autres, comme dans un mille-feuille.

Cet empilement de feuillets a le pouvoir de fixer la grande majorité des éléments chimiques. Au cœur de l’argile, dans l’eau contenue à l’intérieur des pores, ces éléments sont sous la forme d’ions, c'est-à-dire qu’ils sont chargés électriquement. En se déplaçant, ces ions entrent en contact avec les minéraux argileux. Les surfaces argileuses sont chargées négativement, c’est pourquoi elles agissent comme un aimant :  

  • Elles fixent sur de très longues périodes de temps la plupart des ions chargés positivement, les cations, retardant ainsi leur déplacement dans la roche ;
  • Elles repoussent les ions chargés négativement, les anions, limitant ainsi leur déplacement dans la roche.

Une roche pour l’implantation de stockages

Du fait de leurs propriétés de rétention remarquables, les couches argileuses sont utilisées comme barrière naturelle pour le stockage de déchets.  En plus de leurs capacités de rétention, les couches argileuses qui accueillent les stockages français sont sélectionnées en fonction de plusieurs critères auxquels elles doivent également répondre. Ainsi elles doivent :

  • avoir une épaisseur importante;
  • présenter des propriétés constantes et ne pas être traversées de failles;
  • être très peu perméables et encadrées de couches rocheuses où les écoulements d'eau sont également lents;
  • être adaptées au creusement d'ouvrages souterrains, dotées de qualités mécaniques qui limiteront les perturbations dues à la construction de ces ouvrages;
  • être relativement planes, afin de permettre la construction d'ouvrages souterrains.

De même, les couches argileuses choisies doivent être situées à distance de toute source d’activité sismique ou volcanique. Enfin, le site envisagé doit rester éloigné de toute ressource naturelle exploitable (minerai, nappes phréatiques, géothermie…).