Les déchets nucléaires

Index
1. Les déchets nucléaires : le minimum à savoir
2. Classification des déchets nucléaires
3. Les déchets FAVC – Conditionnements et stockage

Conteneur Inox (CSDV)

4. Les déchets nucléaires HAVL et la loi du 28 juin 2006
5. La vitrification des déchets HAVL, c’est quoi au juste ?
6. Qu’est-ce que la transmutation ?
7. Un stockage en formation géologique profonde : à quoi cela ressemble ?
8. Pourquoi un stockage profond et non en surface ?
9. On parle souvent d’analogues naturels : ça veut dire quoi ?
10. Cycle ouvert ou cycle fermé : quel impact sur les déchets ?
11. Déchets nucléaires : de quelles quantités parle-t-on ?
12. Les déchets nucléaires, ça coûte cher ?
13. Que font les pays étrangers de leurs déchets ?
14. Conclusion : démythifier les déchets et refuser les idées reçues.

1) Les déchets nucléaires : le minimum à savoir

2) Classification des déchets nucléaires.

Mais d’abord, d’où viennent-ils et que sont-ils, ces fameux déchets nucléaires?

- Il y a bien sûr les combustibles usés sortant des réacteurs, contenant initialement l’uranium enrichi dont une partie s’est fissionnée et a engendré des produits de fission (dont environ 10 % sont radioactifs), tandis qu’une autre a absorbé des neutrons en créant des éléments plus lourds (les transuraniens); EDF en produit 1200 tonnes chaque année en provenance de ses 58 réacteurs. La quasi totalité de la radioactivité artificielle produite se trouve dans ces 1200 tonnes de combustibles déchargés annuellement. Si, dans l’imagerie populaire, ces combustibles sont des déchets (ne dit-on pas que La Hague est une usine de traitement des déchets nucléaires?), en fait ce ne sont pas plus des déchets que votre bûche de bois à peine entamée de votre cheminée; seule une faible partie, 5 % environ, est réellement un déchet.

- Il y a ensuite des matériaux ou équipements provenant de la maintenance des installations qui se sont trouvés au contact de la radioactivité et ont été (ou peuvent être) contaminés par elle, que ce soit dans les centrales nucléaires ou les usines produisant ou retraitant le combustible (qu’on appelle les usines du cycle)

- Il y a aussi les effluents liquides et gazeux provenant de ces installations dont on ne parlera pas ici car ils sont traités dans un autre article

- Mais il y a aussi les déchet miniers, qui comprennent les résidus de lixiviation du minerai d’uranium et les «stériles» correspondant à ce qui est extrait de la mine mais dont la teneur n’est pas suffisante pour justifier son traitement; les déchets miniers ne contiennent que de la radioactivité naturelle et à des doses très faibles

- Il y a encore les déchets de démantèlement des différentes installations nucléaires, ou tout au moins cette partie des installations qui a été contaminée au contact de la radioactivité

- Il y a enfin des déchets nucléaires provenant d’hôpitaux (radiothérapie, traceurs,…), d’universités (physique nucléaire, traceurs radioactifs…), d’industries diverses (par exemple les sources scellées pour le contrôle des soudures), voire de l’industrie chimique (terres rares, engrais phosphatés).

En France, c’est l’ANDRA (Agence Nationale pour les Déchets RAdioactifs), un EPIC indépendant des industriels, qui prend en charge les déchets nucléaires, une fois conditionnés par leurs producteurs; elle vit des taxes sur les colis à stocker, payées par les producteurs.

L’ANDRA classe les déchets nucléaires selon leur radioactivité en 4 catégories :

Classification francaise des déchets

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• Déchets Très faiblement actifs (TFA) : on ne pratique pas en France «l’exemption», comme cela est pratiqué dans d’autres pays (en Allemagne par exemple), qui permet à un industriel de recycler ses déchets dans le domaine public, une fois qu’il a été vérifié que leur radioactivité est inférieure à un seuil défini; on a donc créé une catégorie de déchets TFA qui prend en compte notamment des déchets de démantèlement; leur activité, de l’ordre de 1 Bq/g en alpha et 10 Bq/g en bêta est similaire à celle de certains produits naturels (granite, engrais phosphatés); conditionnés en big bags, ils sont stockés par l’ANDRA à Morvilliers (Aube).

• Déchets de faible activité et à vie courte (FAVC) : par vie courte, on entend conventionnellement les éléments radioactifs dont la période est égale ou inférieure à trente ans et qui donc, au bout de 300 ans, auront pratiquement disparu[1] ; ce sont généralement des outillages, vêtements d’intervention, matériels et matériaux ayant été au contact de la matière radioactive.

• Déchets de faible et moyenne activité et à vie longue (MAVL et FAVL) : ils se distinguent des précédents par l’existence d’éléments radioactifs à vie longue, en général des émetteurs a dont la période est supérieure à 30 ans (par exemple, la plupart des isotopes du plutonium), tout en étant bien moins radioactifs que le combustible usé (ex. déchets de structure des combustibles); ils se distinguent des suivants en ce que l’activité résiduelle y est beaucoup plus faible et donc leur puissance thermique est négligeable, quelques watts tout au plus pour 1 m³ de déchets.

• Déchets de haute activité et à vie longue, les HAVL[2]: vie longue et très actifs (ce sont les 5 % de produits de fission et actinides séparés lors des opérations de retraitement ou le combustible usé lui-même dans le cas où on n’effectue pas de retraitement); étant très radioactifs, ils ont aussi une puissance thermique résiduelle importante (typiquement 1 à 2 kW par unité de déchets vitrifiés au moment où ils sont produits); cette puissance, due à leur radioactivité, diminue rapidement avec le temps (après 100 ans il ne reste déjà qu’un peu moins de deux cent watts), c’est la raison pour laquelle il faut les laisser refroidir dans un entreposage adéquat plusieurs dizaines d’années avant de les stocker.

Ø En France les déchets FAVC et TFA représentent près de 95% du volume total des déchets nucléaires et moins de 1 % de la radioactivité totale des déchets

3) Les déchets FAVC – Conditionnements et stockage

Déchets A compactés et immobilisés dans du ciment

Fut métallique 200L

Dans toute l’industrie nucléaire, depuis l’origine, le confinement est la règle d’or; aussi, la technique de gestion des déchets est-elle le confinementdans des configurations stables pour les empêcher de se répandre dans la biosphère: c’est ce qu’on appelle le conditionnement. Les déchets FAVC peuvent être conditionnés de différentes façons, en général aussitôt après leur production, le but étant toujours de confiner la radioactivité dans le plus petit volume possible et que ce confinement puisse être garanti environ 300 ans:

· Le plus simple (et le plus pratiqué) consiste à compacter les déchets dans un fût métallique et de les immobiliser en coulant dans le fût un mortier ou un coulis de ciment; technique acceptée par l’ANDRA pour des activités inférieures à un seuil donné variable selon le type de radioéléments

· Si le matériau s’y prête, on peut incinérer les déchets, récupérer les cendres et les conditionner en fûts métalliques comme ci-dessus; mais attention, pas dans n’importe quel incinérateur: il n’y a qu’une installation de ce type autorisée en France (Centraco dans le Gard qui incinère quelques 3000 tonnes de déchets chaque année). On devine que, avec cette technique, le volume final sera très réduit. Dans la même usine, on peut aussi fondre les déchets métalliques pour en faire des lingots, eux aussi destinés au stockage

Déchets A ou B bétonnés (B si présence de VL)

Conteneur en béton de 0,7 ou 1,5 m3

· Dans le cas d’une activité un peu plus élevée, on doit pratiquer l’enrobage du déchet (c’est à dire qu’il sera enfermé dans une matrice l’isolant de l’extérieur); le matériau d’enrobage doit pouvoir résister 300 ans: béton et résines thermodurcissables sont les plus employés. Le tout est ensuite mis en conteneur (béton ou métallique)

· Dans tous les cas et quelle que soit la technique utilisée, la caractérisation (c’est à dire l’identification de tous les composants, radioactifs ou non) et la traçabilité du déchet sont obligatoires: on doit pouvoir retrouver l’origine, la nature et le producteur de chaque déchet tout au long des opérations de conditionnement, du transport et même dans son stockage définitif.

· Enfin, toutes ces techniques de confinement doivent obéir à des spécifications très précises, fruits de nombreuses années de recherche et de mise au point, approuvées par les Autorités françaises (et le cas échéant, étrangères); les procédures d’Assurance de la Qualité s’appliquent dans toute la chaîne de fabrication de ces colis de déchets.

Le stockage des déchets ainsi conditionnés est fait par l’ANDRA à Soulaines (Aube), seul autorisée à le faire. La technique consiste à construire de grands parallélépipèdes de béton dans lesquels sont placés les colis de déchets livrés par les producteurs (ou fabriqués par l’ANDRA dans le cas des petits producteurs tels qu’hôpitaux et universités n’ayant pas les moyens d’avoir leurs propres installations de conditionnement). Un toit mobile permet de réaliser l’opération de remplissage à l’abri des intempéries. Deux cas:

· Pour les déchets immobilisés, les colis seront ensuite bloqués par du béton maigre coulé dans les ouvrages.

· Pour les déchets enrobés, le remplissage des ouvrages de béton est fait avec du gravillon.

Site de Soulaines Andra

Une fois rempli, l’ouvrage est recouvert d’un toit définitif en béton et on peut passer à l’ouvrage suivant. L’ensemble, qui est drainé, sera ensuite recouvert d’une membrane imperméable, de couches de terre et d’une couverture végétale. La surveillance est prévue sur une période de 300 ans, d’abord assez forte (notamment pour détecter une éventuelle contamination des réseaux de drainage), puis plus légère par la suite.

Très visitée, notamment par des étrangers, la technique utilisée à Soulaines a été copiée, parfois avec des variantes locales, par de nombreux pays.

Enfin rappelons que la pratique du rejet de déchets A dans les fosses océaniques a cessé dans les années 70 et a été définitivement interdite par la Convention de Londres de 1980 (l’URSS a néanmoins poursuivi cette pratique dans la mer du Japon jusqu’en 1990).

Tout ce qui suit est relatif aux déchets HAVL et MAVL , c’est à dire ceux auxquels on fait généralement référence quand on parle des déchets nucléaires

4) Les déchets nucléaires et la loi du 28 juin 2006

Une première loi sur le devenir des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue avait été votée au Parlement le 30 décembre 1991; elle faisait suite à un moratoire du gouvernement Rocard décidé suite aux rejets répétés par les populations locales des projets de stockage envisagés alors par l’ANDRA. Que disait cette loi ?

• Le Parlement devra prendre une décision en 2006, et en attendant on étudie et on réfléchit.

• Entre 1991 et 2006, étude en parallèle de trois voies possibles :

1. Séparation et transmutation des éléments à vie longue présents dans ces déchets

2. Stockage réversible ou irréversible en formation géologique profonde

3. Entreposage longue durée (un ou deux siècles) en «surface ou subsurface» (subsurface veut dire enterré mais proche de la surface)

• Les voies de recherche1 et 3 ont été étudiées par le CEA; en particulier le réacteur rapide Phénix a été réactivé pour les études de la voie 1 (alors que dans le même temps, on arrêtait Superphénix!)

• La voie 2 a été étudiée par l’ANDRA. En 1991 on espérait ouvrir 2 laboratoires d’études; un seul sera ouvert (Bure dans la Meuse) dans un site argileux, un deuxième site dans le granite, envisagé dans la Vienne, ayant été rejeté par les locaux. L’ANDRA a dû compenser en collaborant à des études réalisées à l’étranger dans le granite (Suisse, Suède, Canada)

Et le Parlement a été fidèle à ses engagements….Suite aux rapports du comité des sages (la CNE), qui a contrôlé régulièrement l’avancement des études, de l’ASN et de l’OPECST[3], une proposition de loi a été déposée au Parlement qui l’a votée le 28 juin 2006. Qu’apporte de nouveau cette loi?

· Appelée aussi loi sur la «transparence», elle rend publiques toutes les informations sur les déchets, passés, présents et futurs, sous la forme, d’une part de l’Inventaire National des Déchets, géré par l’ANDRA, qui liste tous les sites français détenant des déchets radioactifs (avec les quantités et la radioactivité contenue), et d’autre part lePlan National de Gestion des Matières et des Déchets Radioactifs (PNGMDR), ces deux documents sont consultables sur les sites respectifs de l’ANDRA et de l’ASN

· Le stockage géologique réversible est inscrit dans les textes étant considéré comme indispensable, notamment pour les déchets déjà vitrifiés quelles que soient les conclusions sur la transmutation; et on y trouve des engagements de date telles que 2015 pour l’autorisation d’un site définitif et 2025 pour le début de son exploitation

· On n’abandonne pas pour autant la voie de la transmutation: il est précisé au contraire qu’on poursuit les études pour en faire le bilan en 2012 en vue de construire un réacteur de démonstration en 2020

Quant à la voie entreposage longue durée, elle sera réservée à des cas très spécifiques comme celui des déchets graphite (héritage de la génération des réacteurs UNGG) et éventuellement celui des déchets tritiés (provenant des activités militaires)

5) La vitrification des déchets HAVL, c’est quoi au juste?

Coulée de verre

Dans le procédé de retraitement, après séparation de l’uranium et du plutonium en vue de leur recyclage, les produits de fission et les actinides mineurs se retrouvent en solution dans de l’acide nitrique où on peut les maintenir quelques années dans des cuves spécifiques pour qu’ils refroidissent. Pour les vitrifier, on va d’abord les calciner dans un tube tournant, chauffé à environ 650°C, ce qui va les transformer en oxydes solides; on les introduit ensuite dans un bain liquide de fritte de verre borosilicaté à 1150°C (le four de fusion) où ils vont rester environ 8 heures pour être littéralement «digérés» par le verre. Le résultat c’est un verre noir dans lequel

Conteneur CSDV

les oxydes de PF font partie intégrante de la structure du verre[4]. Ce verre en fusion est ensuite coulé dans un conteneur en acier inoxydable (par conteneur en moyenne 150 litres de verre contenant environ 50kg de PF et actinides) , qu’on va laisser refroidir pour qu’il se solidifie. Il n’y a plus alors qu’à l’entreposer en puits ventilés (ventilation forcée ou mieux, naturelle), pour évacuer les calories.

Un tel conteneur a, au moment de sa fabrication, une puissance thermique résiduelle de près de 2 kW, ce qui lui donne une température à cœur voisine de 500°C; mais les PF de haute activité ayant une vie courte, il va refroidir assez rapidement au début. C’est ce qui explique qu’il doit de toutes façons être entreposé plusieurs dizaines d’années, avant de pouvoir être placé dans un stockage profond, pour éviter qu’un trop grand dégagement calorifique au cœur du stockage ne «cuise» l’argile environnante.

Entreposage de déchets C, en puits ventilés (chaque rond = un puits avec 9 ou 12 conteneurs)

On comprend donc pourquoi les scientifiques disent qu’on a le temps avant de choisir un site de stockage: l’entreposage des déchets vitrifiés est de toutes façons nécessaire sur d’assez longues périodes et c’est également vrai pour les combustibles usés non retraités

Beaucoup de R & D a été faite sur ce verre pratiquement inaltérable, mis au point en France, et on a pu montrer qu’il pouvait résister remarquablement à la corrosion par l’eau, même chaude.

6) Qu’est-ce que la transmutation ?

• Transmuter un élément radioactif indésirable contenu dans les déchets nucléaires, c’est le transformer en un autre élément, si possible stable ou à défaut de période plus courte, en le soumettant à un flux de particules et ainsi le faire disparaître plus rapidement. Comme on dispose de flux importants de neutrons dans les réacteurs, c’est évidemment là en priorité qu’on étudie les possibilités de transmutation par recyclage des déchets HAVL.

• Loin d’être un rêve d’alchimistes, la transmutation est en fait un phénomène naturel : ainsi l’action des rayons cosmiques sur des atomes de gaz dans la haute atmosphère peut occasionner des transmutations; par exemple la transformation de l’azote stable en carbone14 radioactif est une transmutation. De même la radioactivité naturelle peut être considérée comme une suite de transmutations jusqu’à l’arrivée à un atome stable.

• Dans les déchets HAVL, ce sont évidemment les radioéléments de longue période qu’on va chercher à transmuter; mais il y en a deux types qui ne répondent pas de la même façon aux neutrons :

- Des produits de fission (PF) à vie longue: certes, ils sont peu toxiques car de faible activité, mais ils peuvent être assez mobiles; les principaux: le technétium99 (période 213 000 ans), le césium135 (2,3 millions d’années), l’iode129 (15,7 millions d’années), ce dernier n’étant dans les déchets qu’à l’état de traces si on a effectué le retraitement, car il est alors majoritairement et volontairement rejeté avec les effluents liquides

- Les transuraniens (ouactinides, comme on dit souvent bien que ces deux termes ne soient pas rigoureusement synonymes[5]), toxiques car d’activité a assez élevée mais très peu mobiles: neptunium, plutonium, américium, curium, (nombreux isotopes pour les trois derniers)